Текст
Б.И.ДАЛМАТОВ, Н.Н.МОРАРЕСКУЛ,
В.Г. НАУМЕНКО
Проектирование
фундаментов
зданий
и промышленньп:
сооружений
учебное пособие
для вузов
ББК 38.58
Д15
УДК 624.15
Ре цензент:
кафедра оснований и фундаментов Киевского
ордена Трудового Красного Знамени
инженерно-строительного института
(зав. кафедрой канд. техн, наук, проф. С. А. Слюсаренко)'
Далматов Б. И., Морарескул Н. Н., Науменко В. Гг
Д 15 Проектирование фундаментов зданий и промыш-
ленных сооружений: Учеб, пособие для студентов
вузов по спец. «Пром, и гражд. стр-во».— 2-е изд.,
перераб. и доп.—М.: Высш, шк., 1986.— 239 с., ил.
В пер.: 85 к.
В книге изложены основные положения проектирования оснований
и фундаментов главным образом мелкого заложения и свайных, которые
широко применяют в практике проектирования и строительства зданий
и сооружений промышленного и сельскохозяйственного назначения. Осо-
бое внимание обращено на вариантное проектирование фундаментов, а
также методы расчета деформаций оснований.
Кратко рассмотрены некоторые виды искусственно улучшенных осно-
ваний, устройство фундаментов в региональных грунтовых условиях и
фундаментов глубокого заложения.
_ 3202000000—057
Д 001 (01)—86 КБ—49—10—84
ББК M.S8
Со
© Издательство «Высшая школа», 1986, с изменениями
ПРЕДИСЛОВИЕ
Октябрьски?? (1985 г.) Пленум ЦК КПСС определил экономичес-
кую стратегию партии с учетом дальнейшего ускорения научно-тех-
нического прогресса во всех отраслях промышленности, дальней-
шего развития материально-технической базы страны, что тесно
связано со строительством новых и реконструкцией существующих
предприятий. Основой любых зданий или сооружений являются
фундаменты, поэтому строители должны особое внимание уделять
рациональному их проектированию. Настоящее пособие нацелено на
привитие навыков у студентов по проектированию фундаментов зда-
ний и сооружений, в том числе и в сложных инженерно-геологичес-
ких условиях.
В основу учебного пособия положена большая часть курса лекций,
читаемых на строительных факультетах Ленинградского инженерно-,
строительного института, и учебник «Механика грунтов, основания и
фундаменты» (М., 1981), составленный Б. И. Далматовым.
Авторы ставили своей целью дать студентам очного и заочного обу-
чении учебное пособие по проектированию курсовых и дипломных
проектов по основаниям и фундаментам в соответствии с постановле-
ниями партии и правительства в области развития народного хозяйства
и с учетом современного состояния науки и техники в области фунда-
ментдстроения; кратко изложить необходимые теоретические основы,
осветить новые методы проектирования и расчеты оснований и фунда-
ментов, разработанные в СССР на базе теоретических исследований и
Практики фундаментостроения, и привести часто требующийся спра-
вочный материал.
В книге рассмотрены вопросы проектирования фундаментов для
обычаых зданий и промышленных сооружений, возводимых на раз-
личиях грунтах, включая сильносжимаемые. Для лёссовых просадоч-
ньк !вечномерзлых грунтов и в условиях сейсмических воздействий
В|*гко изложены основные рекомендации по проектированию фунда-
ментов и указана литература. Проектирование фундаментов на пло-
щадках, имеющих подземные выработки, на закарстованных террито-
риях fa на высокочувствительных структурных грунтах типа илов в
пособйи не рассматривается.
При втором издании (первое вышло в 1969 г.) коренным образом
переработан весь текст пособия применительно к редакции СНиП
2,02.0|1—83 «Основания зданий и сооружений». Вее формулы, примеры
и справочный материал даны в международной системе единиц (СИ),
обозначения и терминология — в соответствии со стандартами СЭВ,
I* 3»t. 562 3
ГОСТами и СНиПами. Заново написаны многие разделы пособия, В
частности гл. 3 «Выбор глубины заложения фундамента», 6.2—6.6.
Кроме того, введены следующие параграфы: «Фундаменты глубокого за-
ложения», «Расчет осадки фундамента методом линейно деформируемо-
го слоя конечной толщины», «Расчет устойчивости глубоких фунда-
ментов», «Расчет осадки свайного фундамента», «Виды искусственно
улучшенных оснований» и «Проектирование фундаментов при сейсми-
ческих воздействиях».
Пособие составлено коллективом авторов, длительное время ра-
ботающих или работавших на кафедре «Основания, фундаменты и ме-
ханика грунтов» ЛИСИ. Ими использованы опыт преподавания, в
том числе руководства курсовым дипломным проектированием сту-
дентов и слушателей факультета повышения квалификации препода-
вателей, практические методы расчета, разработанные на кафедре,
и литературные данные.
Введение, главы 1, 3, 4, 5 и 2.1, 2.3, 2.4, 2.6, 2.7, 6.1—6.13, 11.1
и 11.3 написаны д-ром техн, наук, проф. Б. И. Далматовым; главы
7, 8, 9 и 2.2, 2.5, 6.14, 11.2 и 11.4 — д-ром техн, наук, проф. Н. Н. Мо-
рарескулом; 10.1, 10.2, 10.4 и 10.5 — канд. техн, наук, доц.
В. Г. Науменко; 10.3 написан совместно Н. Н. Морарескулом и
В. Г. Науменко.
Авторы
ВВЕДЕНИЕ
Проектирование фундаментов является одним из сложных вопросов
проектирования конструкций зданий и сооружений *. При проекти-
ровании конструкций инженер сам решает вопрос о выборе материала,
из которого он далее предусматривает требуемую конструкцию. При
проектировании же фундаментов инженер в большинстве случаев дол-
жен считаться с имеющимися грунтами на площадке строительства и
использовать их строительные качества, с тем чтобы принять наиболее
рациональное решение.
Чаще всего проектирование фундаментов производят под уже вы-
бранный тип сооружения. Задача инженера, проектирующего фун-
даменты, в таком случае ограничивается, а получаемое решение далеко
не всегда будет рациональным и экономичным.
- Вопросами проектирования фундаментов, в частности оценкой
грунтов как оснований сооружений, а также оценкой работы основных
несущих конструкций сооружений (фундамента, стен, каркаса, пере-
крытий и т.п.) совместно с работой грунтов основания следует занимать-
ся при выборе площадки строительства, размещении сооружения на
этой площадке, назначении его конфигурации, этажности и выборе
основных несущих конструкций. Кроме того, в процессе проектирова-
ния должен выбираться метод выполнения земляных работ и устройст-
ва фундаментов. При неправильном методе производства указанных
работ грунты в основании могут получить значительное разрушение их
естественной структуры или излишняя забота по ее сохранению приве-
дет к ненужному расходованию средств.
Таким образом, для получения наиболее экономичного решения
при проектировании фундаментов задачу необходимо рассматривать
комплексно, одновременно оценивая следующие вопросы:
1) выбор несущих конструкций сооружений, удовлетворительно
работающих при данных грунтовых условиях;
2) возможные деформации грунтов основания сооружения;
3) способ производства земляных работ и по возведению фундамен-
тов, обеспечивающий необходимое сохранение естественной структу-
ры грунтов.
Это делает задачу проектирования фундаментов значительно слож-
нее, чем принято считать, так как иногда приходится вносить коррек-
* В дальнейшем, когда речь идет одновременно о зданиях и сооружениях, при-
меняют обобщенный термин «сооружения».
5
тивы в несущие конструкции самого сооружения и в известной степе-
ни решать вопросы производства работ. Однако при грунтах хороших
и среднего качества часто конструкции сооружений получают относи-
тельно небольшие деформации, возникающие при развитии осадок
фундаментов, т. е. обеспечивается надежное существование сооруже-
ния. Такие грунты основания в дальнейшем будем условно называть
«надежными». На них допустимо проектирование фундаментов исходя
из заранее намеченных надземных конструкций. В этом случае су-
щественно упрощается задача проектирования фундаментов. Однако
иногда приходится возвращаться к пересмотру надземных конструк-
ций, если первоначальное их решение приводит к значительному удо-
рожанию фундаментов.
Поскольку наличие в основании «надежных» грунтов является
наиболее часто встречающимся, вопросы проектирования фундамен-
тов излагаются преимущественно для этих средних условий. Задача
проектирования сводится к выбору несущего слоя грунта, глубины за-
ложения и конструкции фундамента, определению размеров фунда-
ментов, при которых гарантируются надежное существование сооруже-
ния, допустимые деформации и устойчивость грунтов в основании, а
также назначают способ постройки фундамента, обеспечивающий сох-
ранение природной структуры грунтов в основании. При проектиро-
вании фундаментов в сложных грунтовых условиях необходимо учи-
тывать совместную работу грунтов основания и надземных конструк-
ций. В случае устройства фундаментов с относительно небольшой глу-
биной заложения сохранение структуры грунтов основания обычно
обеспечивается защитным слоем, удаляемым непосредственно перед
устройством фундамента, применением грунтового водоотлива и т. п.
Вследствие этого при проектировании указывают лишь на характер
мер, направленных на сохранение структуры грунтов основания без
деталировки и расчетов, которые выполняют в проекте производства
работ.
Глава 1
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ
1.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ОСНОВАНИЙ СООРУЖЕНИЙ
Основными принципами проектирования оснований являются;
1) проектирование оснований по предельным состояниям;
2) учет совместной работы основания, фундаментов и надземных
несущих конструкций;
3) комплексный подход к оценке характера работы грунтов основа-
ния и выбора типа фундаментов в результате совместного рассмотрения:-
а) инженерно-геологических и гидрогеологических условий площадки
строительства; б) чувствительности конструкций сооружений к нерав-
номерностям осадок; в) способа выполнения земляных работ и работ
по устройству фундаментов и подземных частей сооружения.
Все это свидетельствует о сложности задачи проектирования осно-
ваний и фундаментов, поэтому рекомендуется разрабатывать несколь-
ко вариантов фундаментов и из них выбирать наиболее рациональное
решение на основе технико-экономического сравнения. Такое решение
обычно выбирают при проектировании наиболее загруженных, ти-
пичных для данного сооружения фундаментов. Затем производят рас-
чет основания для каждого отдельного фундамента с целью определе-
ния его оптимальных размеров. Расчеты подтверждают, что осадки и их
неравномерности не превосходят предельно допустимых величин для
данного вида сооружений, грунты в основании и фундамент устойчи-
вы, фундамент обладает требуемой прочностью.
Так как неравномерности осадки приводят к искривлению над-
земных конструкций, основным расчетом оснований является расчет ।
по второму предельному состоянию (по деформации).
По первому предельному состоянию (по несущей способности, т. е.
устойчивости) основания рассчитывают в случаях, указанных в гл. 7.
Проектирование оснований и фундаментов промышленных и граж-
данских сооружений производят в соответствии со СНиПами. Кроме
того, учитывают требования норм, технических указаний и инструк-
ций, разработанных для региональных грунтовых условий.
Расчет конструкции фундамента выполняют в зависимости от.
применяемого материала по первому предельному состоянию на проч-
7
ность всех работающих элементов. Железобетонные фундаменты,
подвергаемые воздействию агрессивных подземных и производствен-
ных вод, проверяют на трещиностойкость.
Основное внимание при проектировании оснований уделяется вы-
бору глубины заложения и размеров подошвы фундаментов (Далма-
тов, 1981). Эти размеры фундаментов принимают, исходя из выполне-
ния условий, согласно которым деформации не должны превышать
предельных величин (см. главы 3, 5 и 6).
Рассчитывая размеры подошвы фундамента по деформации основа-
ния, приходится вводить второе ограничение/так как в настоящее
время относительно точно можно определить осадку фундамента при
прямой пропорциональности между напряжениями и деформациями
в большей части объема основания. Это ограничение считается выпол-
ненным, если равномерно распределенное давление по подошве фун-
дамента не превышает расчетное сопротивление грунта основания
Расчетное сопротивление грунта основания R определяют в зави-
симости от свойств грунтов основания и основных размеров фундамен-
та (см. гл. 4). При мало- и среднесжимаемых грунтах, горизонтальном
характере залегания их слоев и небольших нагрузках ограничение
среднего давления по подошве приводит к тому, что осадки фун-
даментов и их неравномерности будут существенно меньше предельно
допустимых значений. В таких случаях можно не производить расчета
осадок и считать, что условия, ограничивающие деформации, выпол-
нены.
В общем случае расчетом требуется установить, что:
1) среднее давление по подошве фундамента не превышает /?;
2) давление при внецентренном загружении в среднем не более /?,
под краем фундамента не более 1,2 R и не более 1,5 7? под углом;
3) деформации основания не превышают предельные значения;
4) основание устойчиво;
5) фундамент имеет в каждом сечении необходимую прочность.
1.2. ПОРЯДОК ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ
Как указано ранее, при проектировании оснований и фундаментов
требуется проводить несколько взаимно не связанных друг с другом
расчетов. Если по их результатам окажется, что хотя бы одно требова-
ние СНиП 2.02.01—83 не удовлетворено, приходится, изменяя размеры
подошвы или глубину заложения фундамента, производить повторные
расчеты. Эти расчеты могут быть выполнены на ЭВМ. Чтобы предста-
вить работу основания и фундамента для одного типичного фундамен-
та данного сооружения, необходимо расчет произвести без использова-
ния стационарных ЭВМ. В этом случае с целью уменьшения объема
вычислений рекомендуется такая последовательность.
1. Подсчитывают нагрузки, действующие на фундамент (см. 1.3).
2. Определяют расчетные характеристики грунта для расчета
по первой и второй группам предельных состояний и оценивают ин-
женерно-геологические условия площадки строительства (см. 1.4).
8
3. Выбирают глубину заложения фундамента (см. гл. 3).
4. Вычисляют величину расчетного сопротивления грунта осно-
вания с уточнением ширины подошвы фундамента и с проверкой
давления, передаваемого подошвой (см. главы 4 и 5).
5. Для внецентренно нагруженных фундаментов производят про-
верку давления под его краем и углом (см. 5.6).
6. Рассчитывают осадку фундамента и неравномерности осадки
(см. гл. 6); полученные величины деформаций сравнивают с предельно
допустимыми их значениями; расчет осадки можно не производить при
хороших грунтах (см. табл. 6.1).
7. Если полученное значение осадки больше предельно допустимой
величины, то изменяют основные размеры фундамента (глубину за-
ложения, соотноше'ние сторон, ширину подошвы), пока не будут удов-
летворены условия расчета! по деформациям.
8. Производят, если это требуется (см. гл. 7), расчет устойчивости
основания.
9. Рассчитывают элементы фундамента на прочность (см. гл. 8).
Иногда некоторые расчеты отпадают или приходится производить
дополнительно проверку расчетного сопротивления слабого подсти-
лающего слоя грунта (см. >5.5).
При проектировании гибких фундаментов/расчет их на прочность
производят с учетом неравномерного распределения реактивного
давления грунта основания.
1.3. НАГРУЗКИ, УЧИТЫВАЕМЫЕ ПРИ РАСЧЕТЕ
ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ
Все нагрузки от сооружения передаются через фундамент на осно-
вание. Однако они не в одинаковой степени ‘воздействуют на различ-
ные грунты, поэтому важно правилгно выбрать наиболее неблагопри-
ятное, но возможное основное [Сочетание нагрузок, под действием ко-
торых развивается /рассматриваемый вид перемещений основания,
приводящий к деформации элементов конструкции.
При определении нагрузок на фундаменты и основания руковод-
ствуются СНиПом по нагрузкам и воздействиям (их рекомендации
в кратком виде излагаются ниже).
Нагрузки и воздействия делят на постоянные и временные.
Постоянные нагрузки и воздействия прикладываются во время
строительства и проявляются в течение всего периода эксплуатации
(собственный вес конструкции, давление грунта и т.п.).
Временные нагрузки и воздействия прикладываются или возникают
в отдельные периода строительства или эксплуатации, однако они мо-
гут уменьшаться или полностью (Исчезать. Различают длительные,
кратковременные и особые нагрузки и воздействия. Длительными
называют нагрузки, действующие Продолжительное время (вес обо-
рудования, нагрузки от складируемых материалов;и т. п.). К кратко-
временным относят нагрузки, действующие 'непродолжительное время
(нагрузки от транспорта, включая краны, веса людей, от снега, ветра
9
и т. п.). Особые нагрузки возникают в исключительных случаях (сейс-
мические, аварийные от просадки основания при его замачиваний
и т. п.).
Различают следующие сочетания нагрузок.
Основные, составляемые из постоянных, длительных и кратковре-
менных нагрузок или воздействий; из кратковременных учитывают
: те, которые способны вызвать рассматриваемый вид деформации (при
, учете двух кратковременных нагрузок и более их принимают с коэф-
фициентом надежности по нагрузке у/=0,9).
Особые, состоящие из постоянных, длительных, возможных крат-
ковременных и одной из особых нагрузок или воздействий.
Различают нагрузки нормативные (максимальные типичные) и
расчетные, получаемые путем умножения значения нормативной на-
грузки на коэффициент надежности по нагрузке у/, учитывающий воз-
можное отклонение нагрузки от типичного значения.
Расчеты основания по деформациям ведут на основные сочетания
расчетных нагрузок, определяемых с учетом коэффициента надежности
по нагрузке Уу=1. Когда производят расчет осадки основания, сло-
женного медленно деформирующимися пылевато-глинистыми грунта-
ми, целесообразно учитывать постоянные и длительные нагрузки и
периодически действующие кратковременные нагрузки. Если же оп-
ределяется неравномерность осадок, то при расчете важно получить
наибольшую осадку одного и наименьшую другого. При определении
наименьшей осадки учитывают все постоянные нагрузки и только те
временные, которые обязательно должны действовать в условиях нор-
мальной эксплуатации сооружения.
Расчет оснований по их несущей способности, по устойчивости
фундаментов на сдвиг и выдергивание выполняют на основные и при
необходимости особые сочетания расчетных нагрузок, определяемых
по нормативным значениям путем умножения их на коэффициент на-
дежности по нагрузке у/, как правило, более 1, а на удерживающие на-
грузки вводится коэффициент надежности по нагрузке менее 1.
Нагрузки и воздействия на основания, передаваемые фундаментами
сооружений или их отдельными элементами, правильнее устанавливать
расчетом, исходя из рассмотрения совместной работы, несущих конст-
рукций сооружения и основания. Однако вследствие сложности пра-
вильного определения жесткости сооружения или его частей во мно-
гих случаях нагрузки на основание определяют без учета их перерас-
пределения надфундаментной конструкцией и принимают в соответ-
ствии со статической схемой сооружения.
Чтобы не производить два раза статического расчета надземных
конструкций для перехода от суммарной нагрузки на фундамент, полу-
ченной при расчете по первой группе предельных состояний (по проч-
ности) Af0, к расчету по деформации, часто используют среднее зна-
чение коэффициента надежности по нагрузке у/ср. Обычно принимают
у/ср=1,2. В таком случае суммарная нагрузка на фундамент для рас-
чета по деформации
^ОН ~ ^crY/cp • 0*1)
10
Суммарный момент, действующий по обрезу фундамента, при расче-
те по деформации определяют по аналогичной формуле
Мои = Мо/Т/ср. (1-2)
где Мо — момент, действующий по обрезу фундамента при расчете
по первой группе предельных состояний по прочности.
Расчетную нагрузку от веса фундамента и грунта над его усту-
пами вычисляют по их размерам. Эта нагрузка при еще неизвестных
размерах фундамента приближенно оценивается в пределах'10...25%
нагрузки, действующей по обрезу. Проверочный расчет производят
по принятым размерам фундамента.
Сумму временных нагрузок, передаваемых перекрытиями много-
этажных жилых и некоторых общественных зданий, принимают по
СНиПу с понижающим коэффициентом
К)! — 0,3 + 0,6/pfm, (1.3)
где т — число полностью загруженных перекрытий, учитываемых
в расчете.
Пример 1.1. Определить нагрузку на фундамент четырехэтажного
административного здания (рис.
конструкции и известны нагруз-
ки: <71=4 кН/м2, <72=5 кН/м2,
вес стены 8 кН/м2, проемность
25%, колонна железобетонная
0,4 X 0,4 м; временные (Нагруз-
ки на междуэтажные перекры-
тия <7iBp=2 кН/м2 и на покры-
тие ^2вр = 1 кН/м2.
Подсчитываем нагрузку на
1 м длины стены.
Вес стены
кН/й.
Вес перекрытий 3-4-3+4х
х5=56 кН/м.
Значение + определяем по формуле (1.3): Th = 0,3 + 0,6/|/4 =0,6.
Временная нагрузка от перекрытий с учетом коэффициента тц
(3-2-3 + 4-1)0,6 = 13,2 кН/м.
15-810,75=90
Итого: Л/оН = 159,2 кН/м.
Подсчитываем нагрузку на фундамент колонны.
Вес колонны 0,4-0,4-15-25=60 кН.
Вес перекрытий 6-6-4-3+6-6-5=612 кН.
С учетом Th временная) нагрузка (6-6-2-3+6-6-1)0,6= 151,2 кН.
Итого: Л/О11=823,2 кН.
1.4. ОЦЕНКА ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ]УСЛОВИЙ
ПЛОЩАДКИ СТРОИТЕЛЬСТВА
До начала проектирования фундаментов необходимо:
1) изучить местный опыт строительства;
2) ознакомиться по отчету инженерно-геологических изысканий с
if
напластованием грунтов и положением уровня подземных вод на строи-
тельной площадке, ожидаемом во время строительства фундаментов
и эксплуатации сооружения;
3) установить нормативные и расчетные характеристики грунтов
каждого слоя для расчета по обеим группам предельных состояний;
4) оценить характер и величины ожидаемых осадок;
5) наметить с учетом напластования грунтов наиболее рациональное
размещение (если оно не задано) сооружения на участке строительства.
Изучение опыта предшествующего строительства и данных _дли-
тельных наблюдений за осадками возведенных сооружений часто дает
ценный материал для проектирования й устройства фундаментов и по-
лучения наиболее рационального решения, поэтому важно собрать
данные об условиях возведения и конструкциях фундаментов и их
осадках.
В инженерно-геологических отчетах приводятся колонки скважин
и литологические разрезы, которые позволяют судить о простирании
слоев грунта, их мощности на различных участках территории и вы-
клинивании; наличии линз грунта, обладающего свойствами, су-
щественно отличающимися от преобладающих грунтов; характере
включений (валуны, торфяные отложения и т. п.); направлении потока
и положении подземных вод и наличии напорных вод в подстилающих
водоносных горизонтах и т. п.
Различают следующие характерные напластования грунтов: од-
нородное, когда однородный грунт залегает на значительную глубину;
слоистое с согласным залеганием слоев, когда границы между слоями
относительно горизонтальны и каждый подстилающий слой образован
менее сжимаемым'грунтом, чем грунт несущего слоя; сложное, когда
толщина грунтов сложена выклинивающимися слоями, имеет отдель-
ные линзы, состоящие из грунтов, резко отличающихся от окружающих
их грунтов, или в напластовании имеются слои с низкими строительны-
ми качествами. Эти данные оценивают с позиции работы грунтов под
воздействием нагрузок, передаваемых сооружением, а также возмож-
ных изменений свойств грунтов при отрывке котлованов, возведении
фундаментов и эксплуатации сооружений.
Особое внимание уделяют оценке изменения уровня подземных
вод как при сезонном его колебании, так и вследствие строительства
сооружений в районе проектируемого объекта (напорные гидротех-
нические сооружения, дренажные и др.). Рассматривают также аг-
рессивность подземных вод.
Оценку инженерно-геологических условий следует начинать с на-
несения на геолого-литологические разрезы подземной части сооруже-
ния.
Для каждого слоя грунта устанавливают прежде всего характерис-
тики физического состояния [влажность w, плотность грунта р, плот-
ность твердых частиц грунта ps, плотность сухого грунта (скелета
грунта) Pd, удельный вес грунта у, удельный вес твердых частиц грун-
та уа, удельный вес сухого грунта (скелета грунта) уа, пористость п,
объем твердых частиц грунта в единице объема т, коэффициент порис-
тости е, коэффициент водонасыщенности (степень влажности) Sr,
12
влажности на границе текучести wL и границе раскатывания wp,
число пластичности /р, показатель текучести /j,]. Значения характе-
ристик w, р, р3, wL, Wp устанавливают как среднеарифметические их
значения, полученные опытным путем. Остальные вычисляют по фор-
мулам:
Pd = Р/(1 + w) (Т/м3);
у = pg (кН/м3);
?5 = Р^(кН/м3);
Т4 = Р^(кН/м3);
n=l—Pd/P,= l—Yd/Y/.
е=(р5—Pd)/Pd = (Yj-’Yd)/Yd = «/(1 —и);
m = 1/(1 +е);
$г=«пМИ«,);
Ip = wL—wp-,
IL = (w—wp)/(wL — Wp);
e = wsatys/fw;
(1.4)
где Yw — удельный вес воды, приблизительно равный 10 кН/м?;
wsai — полная влагоемкость грунта — влажность, соответствующая
полному заполнению пор водой.
По данным лабораторных или полевых испытаний устанавливают
характеристики сжимаемости (модули общей деформации Ео, МПа,
или коэффициенты относительной сжимаемости mv, МПа'1), норматив-
ные параметры сопротивления грунта сдвигу (угол внутреннего тре-
ния ф„ и удельное сцепление сп, МПа) и коэффициент фильтрации k$.
Для предварительных расчетов, а также для сооружения II и
III классов допускается нормативные значения Ео, ф и с принимать
е
по таблицам СНиП 2.02.01—83 или региональ-
ным нормам. В этом случае расчетные значе-
ния <р и с определяют по формуле
I
&zp
<3Z
d
Х = Хп/уе, (1.5)
где Хп — нормативное значение характерис-
тики; yg — коэффициент надежности по грун-
ту при определении характеристик по табли-
цам; в случаях расчета по деформации yg=l.
В остальных случаях у„ вычисляют по дан-
ным экспериментов с обработкой их методом
математической статистики и зависит от изменчивости этих харак-
Рис. 1.2. Компрессионная
кривая
теристик грунта, числа их определения и принимаемого значения до-
верительной вероятности по указаниям ГОСТ 20522—75.
Для определения коэффициента относительной сжимаемости грун-
та mv по компрессионной кривой (рис. 1.2) рассматривают участок в
пределах изменения напряжения от природного v2g на данной глубине
до напряжения аг, которое возникает на этой глубине после приложе-
13
ния нагрузок от сооружения. Коэффициент относительной сжимае-
мости
т®- (аг-огг)(1+е1)'
(1-6)
Зная mv, находят модуль (общей) деформации грунта на этом же
участке компрессионной кривой, и наоборот
£0 = Ро/^; «10 = Ро/£о> О-7)
где 61 и е2 — коэффициенты пористости, соответствующие напряже-
ниям <szg и сг; ро — коэффициент, зависящий от бокового расширения
грунта
о 1 __ (1—2v0) (1 -bvo) /1 Si
P’-1 (1-VO) " (1-VO) •
Здесь v0 — коэффициент бокового расширения грунта при одноос-
ном сжатии (коэффициент Пуассона).
Значения szg и ог, кПа, находят по формулам
п
(1.9)
где п — число слоев грунта до рассматриваемой глубины г; — удель-
ный вес грунта i-ro слоя, кН/м9; hi — толщина i-го слоя, м; azp —
среднее вертикальное дополнительное напряжение в рассматриваемом
слое, возникающее от нагрузок сооружения, кПа.
Для определения vzg обычно удельный вес грунта принимают без
учета взвешивающего действия воды. Последнее учитывают, когда
известно, что грунт постоянно находился ниже уровня подземных вод
с момента его образования и не испытывал давления, больше природ-
ного. К таким грунтам относят илы и торфянистые отложения, а также
другие современные отложения в условиях водных бассейнов.
Удельный вес грунта с учетом взвешивающего действия воды вы-
числяют по формуле
Vrt = (Y,—Yw)/(l + e);
Ъь = (ъ—TwH1—л). (1-10)
где у, — удельный вес твердых частиц грунта, кН/м9; — удельный
вес воды, кН/м9; е — коэффициент пористости грунта; п — пористость
грунта в долях единицы.
Вычисленные характеристики сжимаемости tnv и Ео для одного и
того же слоя по нескольким компрессионным кривым осредняют. Ос-
реднение должно производиться не менее чем по шести компрессион-
ным испытаниям.
Некоторые исследователи считают, что определение модуля де-
формации по данным компрессионных испытаний приводит к занижен-
ным его значениям. И. А. Агишев рекомендует вводить поправочный
оэффициент для увеличения £0. Однако этот вопрос до сих пор ис-
14
следован недостаточно. Опыт строительства в Ленинграде показывает,
что при относительно слабых грунтах, когда расчет действительно надо
проводить по деформациям грунтов в основании, компрессионные кри-
вые дают значения mv) близкие к действительности. Переход же к зна-
чению Ео по формуле (1.7) страдает неточностью вследствие малой
достоверности коэффициента |30.
Более точные значения Ео могут быть получены при испытании
грунта статической нагрузкой с послойным измерением деформаций
и напряжений под опытным штампом. Такого рода испытания, прове-
денные В. М. Чикишевым (ЛИСИ), показывают, что модуль деформа-
ции грунта — величина переменная. Он меняется по глубине и зави-
сит от напряженного состояния грунта в основании.
Модуль деформации грунта определяют также с помощью различ-
ных прессиометров.
Нормативные значения угла внутреннего трения грунта <рп и
удельного сцепления сп определяют по данным лабораторных испыта-
ний на сдвиг, испытаний при одно- и трехосном сжатии, полевых ис-
пытаний сопротивления грунта повороту четырехлопастного прибора
(крыльчатки) и другими методами. Нормативные значения (рп и сп
должны определяться с учетом степени уплотнения грунта в основании
сооружения к моменту приложения значительных касательных напря-
жений.
При возведении обычных здании, как правило, считают, что в пре-
делах зон пластических деформаций грунт уплотняется по мере уве-
личения нагрузки, на которую рассчитывают основание. Однако при
широких фундаментах и, в частности, в виде сплошных плит необхо-
димо учитывать, что к моменту возникновения значительных касатель-
ных напряжений грунт еще не получает надлежащего уплотнения.
В этом случае следует принимать, что часть нормального давления не
передается на скелет грунта (см. гл. 6).
Расчетные значения характеристик <pj и с, определяют в соответ-
ствии с формулой (1.5) из выражений
tg Ti=(*g
(1.11)
Коэффициент^ надежности по грунту
^=1/(1±р), (М2)
где р — показатель точности оценки среднего значения характерис-
тики грунта
Р = ^- J13)
Здесь ta принимают по таблице ГОСТ 20522—75, v — коэффициент
характеристики грунта
v = o/tg(pn или v = o/cn, (1-14)
где о — среднее- квадратичное отклонение рассматриваемой характе-
ристики.
15
1.5. ВАРИАНТНОСТЬ РЕШЕНИЙ
Даже при простых грунтовых условиях (однородный грунт на
большую глубину), а тем более при сложных, можно наметить несколь-
ко вариантов решений устройства фундаментов. Эти варианты могут
отличаться друг от друга по материалу и конструкциям самого фун-
дамента, глубине его заложения, ширине подошвы, подготовке осно-
вания, способу устройства фундамента и т. п. Из них, очевидно, сле-
дует выбрать оптимальное решение. Это можно сделать только на ос-
нове технико-экономичес-
Рис. 1.3. Варианты устройства фундаментов зда-
ния с несущими продольными стенами
кого сопоставления вари-
антов. При этом должны
учитываться стоимость воз-
водимой конструкции фун-
дамента, ее долговечность,
индустриальность, трудо-
емкость, скорость возведе-
ния, возможность выполне-
ния работ в зимнее время,
сохранение структуры
грунтов в основании вовре-
мя земляных работ и др.
Процесс рассмотрения
вариантов является основ-
ным в проектировании
фундаментов, поэтому важ-
но правильно решить прин-
ципиальные вопросы при
выборе варианта. Для это-
го рекомендуется:
1) составить эскизы всех
реальных вариантов;
2) отбросить наиболее
неприемлемые из них;
3) рассчитать отобран-
ные варианты для наибо-
лее загруженного типич-
ного фундамента;
4) произвести технико-экономическое сравнение вариантов.
Рассмотрим этот вопрос на примере.
Пример 1.2. На площадке строительства 9-этажного жилого дома
с поверхности на большую глубину залегает глина в мягкопластичном
состоянии, обладающая характеристиками: у=18 кН/м3; £0—12 хМПа;
фп=18°; гп=0,01 МПа. Здание с продольными несущими кирпичными
стенами, давление по длине стены — 400 кН/м.
В качестве эскизных решений (рис. 1.3) рассмотрим следующие:
а — ленточный фундамент сборный или монолитный с широкой подо-
швой и минимальной глубиной заложения; б—сплошная железобе-
тонная плита под всем зданием; в — ленточный фундамент на сплош-
16
ной песчаной подушке; г — ленточный фундамент на раздельных пес-
чаных подушках; д — ленточный фундамент на грунте, уплотненном
электроосмосом; е — свайный фундамент с призматическими сваями,
расположенными в два ряда; ж — свайный фундамент с пустотелыми
сваями в один ряд; з— свайный фундамент с длинными сваями.
При рассмотрении эскизов целесообразно отбросить варианты в
иге песчаными подушками, так как они приводят к большому объему
земляных работ, выполняемых с водоотливом, а также вариант д,
требующий большой затраты электроэнергии и времени на уплотне-
ние. Вариант е нерационален из-за заглубления ростверка на расчетную
глубину промерзания грунтов.
Для остальных вариантов следует произвести в соответствии с ме-
тодами, изложенными в последующих главах, расчеты размеров по-
дошвы, величины осадки, необходимой глубины погружения свай,
всех размеров конструкции фундаментов и т. п. Расчеты покажут, при
каких вариантах необходимо понижать чувствительность конструкции
к неравномерным осадкам, в каких случаях осадки и их неравномер-
ности будут недопустимо большими, а при каких меньше предельно
допустимых.
После необходимых расчетов фундаментов внутренней стены по
вариантам а, б, е, жиз производят технико-экономическое сравнение
и принимают окончательное решение.
Технико-экономическое сравнение должно производиться по при-
веденным затратам применительно к району строительства. При оди-
наковой долговечности конструкций фундаментов допустимо основ-
ное сравнение вариантов произвести по стоимости. Для облегчения в
прилож. 1 приведены укрупненные цены на некоторые виды работ для
условий Ленинграда. При курсовом проектировании часто этим при-
ложением условно можно пользоваться и для других районов Совет-
ского Союза. Для дипломного проектирования необходимо учитывать
фактические расценки на материалы и рабочую силу района строи-
тельства.
Глава 2|
КОНСТРУКЦИИ ФУНДАМЕНТОВ
2.1. ТИПЫ ФУНДАМЕНТОВ И МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ НИХ
Различают фундаменты, возводимые в предварительно вырытом кот-
ловане (мелкого заложения), свайные фундаменты (см. гл. 9) и фунда-
менты глубокого заложения, погружаемые в грунт с одновременным
извлечением грунта из-под них или устраиваемые в отрываемых по-
лостях, проходимых со специальным креплением стен. Поскольку фун-
даменты глубокого заложения чаще всего применяют в транспортном
и гидротехническом строительстве и при устройстве подземных соору-
жений, в пособии они изложены кратко. Фундаменты мелкого заложе-
ния имеют подошву обычно на глубине 1...5 м.
17
Основными типами фундаментов (рис. 2.1) являются:
а) отдельные фундаменты, применяемые под колонны и стены в
комбинации с ранд-балками (рис. 2.1, а, б и см. рис. 2.2...2.7);
Рис. 2.1. Типы фундаментов:
а — отдельный сборный фундамент стаканного типа; б — отдельный монолитный железобетон-
ный фундамент под колонну; в — монолитный ленточный фундамент под колонны; г — фундамент
из перекрестных лент; д — сборный ленточный фундамент под стену с непрерывной подушкой;
е — то же, с прерывистой подушкой; ж — сплошной фундамент под группу колонн; 1 —
продольные ребра; 2 — поперечные ребра; 3 — плита; 4 — колонны; э — массивный фундамент
под доменную печь; / — огнеупорный бетон; 2 — шамотный кирпич; 3 — железобетон; 4 — под-
готовка
б) ленточные фундаменты под колонны, воспринимающие давление
от ряда колонн (рис. 2.1, в);
в) ленточные (непрерывные) фундаменты под стены, загруженные
непрерывной нагрузкой, передаваемой стенами (рис. 2.1, д, ей см.
рис. 2.8, 2.10);
18
обрезу принимают на
Рис. 2.2. Трапецеидаль-
ный фундамент
г) сплошные (плитные) фундаменты в виде железобетонных плит
(рис. 2.1, ж и см. рис. 2.11 и 2.14);
д) массивные фундаменты в виде жесткого массива под всем соору-
жением (рис. 2.1, з).
Фундаменты различают монолитные, сооружаемые на месте пост-
ройки (рис. 2.1, б. в. г. ж. з), и сборные, монтируемые из заранее из-
готовленных элементов — блоков (рис. 2.1, а. д. е).
Верхняя плоскость фундамента называется обрезом 1 (рис. 2.2),
а нижняя — подошвой 2. Под шириной подошвы фундамента понимают
меньший размер подошвы. Высотой фундамента называют расстояние
от его подошвы до обреза h^. Расстояние от поверхности земли (обыч-
но планировочной) до подошвы фундамента является глубиной зало-
жения d. Ширину бутовых фундаментов по
5... 15 см больше ширины надфундаментной
кладки. Размеры подошвы фундамента наз-
начают по расчету.
Различают фундаменты гибкие, деформа-
ции которых учитывают при распределении
давления по подошве, и жесткие, при расче-
те которых деформации изгиба не учитыва-
ют.
Для устройства фундаментов применяют
железобетон, бетон, бутобетон, каменную
(бутовую) кладку и в исключительных случаях
дерево и металл.
Железобетонные фундаменты хорошо ра-
ботают на изгиб. Их широко используют,
когда необходимо передать давление на зна-
чительную площадь при минимальной высоте
фундаментов, которые делают сборными или
монолитными. Для устройства монолитных
железобетонных фундаментов и отдельных сборных элементов при-
меняют бетон в соответствии с требованием СНиПа.
Бетонные и бутобетонные фундаменты также делают монолитными
или сборными. Такие фундаменты допускают относительно небольшое
уширение подошвы. При проектировании бетонных фундаментов руко-
водствуются СНиПом на каменные и армокаменные конструк-
ции.
Бутовые фундаменты, у которых возводят кладку из естествен-
ных или искусственных камней, применяют, когда тело кладки не
испытывает значительных растягивающих напряжений. При проекти-
ровании и возведении бутовых и бутобетонных фундаментов руковод-
ствуются СНиПом. Бутовую кладку применяют при наличии дешевого
местного бутового камня и малом объеме фундаментов. Уширение бу-
товых и бутобетонных фундаментов производят уступами или устройст-
вом наклонных граней (см. рис. 2.2). Высота уступа принимается для
бутобетона не менее 30 см, для бутовой кладки — не менее двух ря-
дов бутовых камней (30...60 см).
Вынос уступов фундаментов рассчитывают на срез и растяжение
19
по СНиПу. Отношение hc : I и : L (см. рис. 2.2) обычно принимают
в зависимости от прочности раствора и давления по подошве в преде-
лах 1,25...2.
2.2. КОНСТРУКЦИИ ОТДЕЛЬНЫХ ФУНДАМЕНТОВ
Конструкции фундаментов зависят от инженерно-геологических
условий, особенностей надземных конструкций, нагрузок и исполь-
зуемых материалов для фундаментов.
Промышленные здания, как правило, имеют каркасную систему
несущих конструкций. Некоторые гражданские здания также являются
каркасными.
Железобетонные монолитные отдельные фундаменты являются
основным типом фундаментов каркасных зданий, так как они облада-
ют технико-экономическими
Рис. 2.3. Монолитные железобетонные фунда-
менты под сборные колонны каркасных зда-
' ний:
а — общий вид; 1- — колонна; 2 — стакан; ,? —
подколенник; 4 — ступени (плитная часть фунда-
мента); б — армирование; 1 — сетки; в — заделки
колонн (армирование не показано); 1 — монолит-
ный бетон
преимуществами по сравне-
нию с другими типами фун-
даментов. Конструкции этих
фундаментов приведены на
рис. 2.3...2.6.
Фундамент в нижней час-
ти имеет прямоугольную пли-
ту, опирающуюся на основа-
ние. Если по расчету на
прочность необходима ее боль-
шая высота, то плиту устраи-
вают с двумя-тремя ступеня-
ми. В зависимости от требуе-
мой глубины заложения высо-
та фундамента регулируется
высотой подколенника. Обрез
фундамента под железобетон-
ные колонны назначается на
отметке —0,15 из удобства вы-
полнения работ нулевого
цикла. Это дает возможность
произвести обратную засып-
ку пазух до монтажа колонн. При связных грунтах пластичной
консистенции и водонасыщенных песках под фундаментом устраивают
подготовку из бетона толщиной 100 мм; при связных грунтах полу-
твердой и твердой консистенций подготовку можно не устраивать, а
при маловлажных песках и гравелистых грунтах либо устраивают под-
готовку, либо защитный слой увеличивают до 70 мм. В остальных слу-
чаях защитный слой принимают в 35 мм. Для заделки сборных колонн
в верхней части фундамента устраивают стакан (рис. 2.3, в). Глубину
заделки одноветвевых колонн прямоугольного сечения принимают не
менее большего размера поперечного сечения колонны, а для двухвет-
вевых этот размер /i3^0,5+0,33/iB (где — расстояние между на-
ружными гранями ветвей колонны, м). Если /ги>2,4 м. то под каждую
20
ветвь делают отдельный стакан. Установленную в стакан колонну
замоноличивают бетоном. Армирование фундамента в целом показано
на рис. 2.3, б*.
В практике проектирования используют типовые монолитные фун-
даменты под типовые железобетонные сборные колонны. Основные раз-
меры этих фундаментов приведены в табл. 2.1. Сечение подколонника
Таблица 2.1. Основные размеры типовых монолитных железобетонных
фундаментов под сборные колонны
-------------------------------------, . . ------------------------------
А. Полная высота фундамента: 1500д 1800г,2400, 3000, 3600, 4200 мм
•-- "
Б. Размеры подколенников
Сечен ие колонны, мм Размеры в плане, мм Размеры стакана, мм
глубина в плане
400x400 900 x 900 800 550x550
500x500 800 650 x 650
400x600 1200x1200 900 550x750
500 x 600 800 650 x 750
400x800 900 550x 950
“500 x 800 1200x1500 900 650x950
В. Размеры плитной части
Высота плитно"! части, мм Высота ступеней, мм
(нижняя) h2
300 300
450 450 — —
600 300 300 —
750 300 450 —
900 300 300 300
1050 300 300 450
1200 300 450 450
1500 450 450 600
выбирают в зависимости от сечения колонны. В зависимости от раз-
меров подошвы фундамента по отношению к размерам подколонника
форму плитной части принимают одно-, двух- или трехступенчатой.
Больший размер ступеней — в направлении пролета сетки колонн,
меньший — в направлении шага колонн. В зависимости от схемы ар-
мирования в одних и тех же опалубочных размерах можно выполнить
несколько фундаментов различной несущей способности (по проч-
ности). Если требуется большая высота фундамента, например при
устройстве подвалов, то увеличивается высота подколонника.
* Детали армирозания рассматривают в курсе «Железобетонные конструкции».
21
Пример 2.1. Подобрать типовой железобетонный фундамент для
следующих условий: колонна сечением 0,8 X0,4 м, глубина заложения
по условиям промерзания не менее 1,7; по расчету требуемая площадь
подошвы фундамента — 9,2 м2.
По табл. 2.1 принимаем подколенник 1,2x1,5 и фундаменте
нижней ступенью 3,6X2,7x0,3 м и второй 2,7x2,1x0,3 м. Высота
фундамента 1,8 м, площадь подошвы 3,6x2,7=9,72>9,2 м2.
Монолитные фундаменты для монолитных колонн (рис. 2.4, а),
за исключением верхней части, в целом конструируют по указанным
выше принципам. Соединение фундаментов с колоннами в этом слу-
чае осуществляется посредством соединения арматуры колонн с вы-
пусками из фундаментов. Заделка выпусков арматуры в фундаменты
Рис. 2.4. Железобетонные фунда-
менты:
а — монолитный под монолитную колон-
ну; / — колонна; 2 — выпуски армату-
ры; б — сборный под сборную колонну
Рис. 2.5. Фундаменты под метал-
лические колонны:
а — общий вид; б — армирование при
большой нагрузке по обрезу; / — анкер-
ные болты; 2 — арматурные сетки
и длина выпусков из фундаментов в зависимости от вида арматуры со-
ставляет 30...40 dy где d — диаметр арматуры. Выпуски соединяются
хомутами.
Сборные железобетонные фундаменты для сборных колонн по тех-
нико-экономическим соображениям рекомендуется использовать при
нагрузках от колонн до 50 т и при большом количестве повторяющихся
типов фундаментов. Конструкция одноблочного фундамента приведена
на рис. 2.4, б. Существуют фундаменты из нескольких блоков, но они
требуют значительного расхода арматуры. Сборные фундаменты ус-
танавливают на тщательно выровненный слой песка толщиной 100 мм.
Железобетонные монолитные фундаменты под металлические
колонны имеют конструкции, аналогичные приведенным выше, но с
некоторыми особенностями (рис. 2.5). Высоту фундаментов иногда опре-
деляют длиной заделки анкерных болтов. Обрез фундаментов устраи-
вают на 600, 900 или 1200 мм ниже пола, чтобы можно было размес-
тить башмаки металлических колонн. В верхней части подколонников
устанавливают анкерные болты. После монтажа колонн весь башмак
во избежание коррозии обетонируют до уровня пола. Если на обрез
фундамента передается значительное усилие от башмака колонны, то
верхнюю часть бетона усиливают горизонтальными сетками. При
большой глубине заложения фундаментов, например при устройстве
22
технологических подвалов, устраивают сплошные или двухветвевые
подколонники.
Фундаментные балки укладывают на фундаменты; они служат
для поддержания стенового заполнения, в том числе и панельных
стен. Основные размеры фундаментных балок приведены на рис. 2.6, а.
Для опирания балок устраивают бетонные приливы (тумбочки, кон-
соли) с таким расчетом, чтобы верхняя поверхность балок оказалась
на отметке —0,030. Зазор и перепады между концами балок, фунда-
ментом, колонной заделывают бетоном. По верху балок устраивают гид-
роизоляцию. При пучинистых грунтах ниже фундаментных балок де-
лают подсыпку из шлака или крупного песка. Конструктивные дета-
ли укладки балок изобра-
жены на рис. 2.6, б, в.
Отдельные фундаменты
под стены бескаркасных
зданий (столбчатые фунда-
менты) делают при неболь-
шой нагрузке на единицу
2
балки и их укладка:
Рис. 2.7. Отдельные
столбчатые фундаменты
под стены бескаркас-
ных зданий:
1 — подушки; 2 — столб
из бетона: 3 — фундамен-
тная балка; 4 — кладка
стены
Рис. 2.6. Фундаментные
а — сечения балок; б — устройство тумбочек; / — под
готовка; 2 — панель; 3 — крайняя колонна; в — общий
вид; / — шлак'
1^^50^950 1-10200,10700
'VO
длины стены и при хороших грунтах (рис. 2.7). В качестве материала
используют бутобетон, бетон, сборные блоки. Фундаменты располага-
'ют через 3...6 м под простенками и в углах, затем перекрывают фун-
даментными балками, на которых далее возводят стену.
2.3. КОНСТРУКЦИИ ЛЕНТОЧНЫХ ФУНДАМЕНТОВ
Ленточные (непрерывные) фундаменты под стены делают сбор-
ными из блоков и железобетонных панелей, а также монолитными из
бетона, бутобетона и бутовой кладки. Применение монолитных фун-
даментов допускается, если сборка их из блоков нерациональна или
требуется увеличить сопротивление фундаментов вдоль стены изгибу.
Сборные фундаменты под стены, обычно состоят из железобетонных
плит (подушек) и стеновых блоков (см. рис. 2.1, д). Размеры типовых
плит можно найти в справочниках и в табл. 2.2. Блоки-плиты уклады-
23
|g Таблица 2.2. Плиты железобетонные для ленточных фундаментов под стены по данным ЦНИИЭПжилища и
ЛенНИИпроекта
№ п/п Марка изделия Эскиз Размеры, мм Масса, т Бетон Расход стали, кг
1 Ь h марка объем, ма
1 ФЛ8-12-2 1180 800 300 0,68 150 0,274 1,82
2 ФЛ10-12-2 1180 1000 300 0,75 150 0,300 3,48
3 ФЛ12-12-2 Ч '-.о 1180 1200 300 0,87 150 0,347 6,08
4 ФЛ14-12-2 1180 1400 300 1,04 150 0,416 8,20
5 ФЛ 16-12-2 1180 '4600 300 1,21 150 0,486 12,29
6 ФЛ20-12-2 1180 2000 500 2,44 150 0,975 13,02
7 ФЛ24-12-2 1180 2400 500 2,84 150 1,138 21,15
8 ФЛ28-12-2 1180 2800 500 3,42 200 1,369 32,48
9 ФЛ32-12-2 1180 3200 500 4,00 200 1,60 47,85
10 Ф12-36-50-1 1180 3600 500 4,65 300 1,86 28,34
11 Ф12-40-50-1 1180 4000 500 5,15 300 2,06 35,51
12 Ф12-44-50-1 1180 4400 500 5,70 300 2,29 40,88
13 Ф12-48-50-1 1180 4800 500 6,30 300 2,52 55,37
14 Ф12-52-50-1 1180 5200 500 6,80 300 2,72 70,90
15 Ф12-36-50 1180 3600 500, 4,65 300 1 53,50
16 Ф12-40-50 1180 4000 500 5,15 300 2,06 83,37
17 Ф12-44-50 1180 4400 500 5,70 300 2,29 114,3
Примечания: 1. Номера 2...9 делают также длиной / = 780 мм, а номера 2...5, кроме того, делают длиной 2380 мм.
2. Расчетное сопротивление грунта для номеров 1...9 принято /? = 250 кПа. Блоки-плиты этих номеров делают и для
7? —150 кПа с уменьшенным расходом арматуры, 3, Расчетное сопротивление грунта для номеров 10...14 принято # = 100 кПа,
а для номеров 15... 17—R =200 кПа.
вают сплошь по длине стены (см. рис. 2.1, д) или с разрывами — пре-
рывистая подушка (см. рис. 2.1, г). В последнем случае удается сокра-
тить количество типоразмеров блоков (Сорочан, 1962). Разрывы дела-
ют обычно 0,2...0,4 м, но не более 0,9 м.
Рис. 2.9. Деталь металлической сет-
ки:
I — поперечная стена; 2 — наружная сте-
на
Рис. 2.8. Примыкание поперечной сте-
ны к наружной (размеры в см):
1 — тротуар или отмостка; 2 — металличес-
кая сетка; 3 — поперечная стена; 4 — фун-
даментные стеновые блоки; 5 — отверстие
для трубопровода; 6 — фундаментные бло-
ки-плиты (подушки); 7 — бетон по месту
Стенки фундаментов собирают из сплошных или пустотелых (при
маловлажных грунтах) стеновых блоков. Типоразмеры некоторых бло-
ков приведены в табл. 2.3. Чаще всего стены фундаментов собирают
из нескольких рядов стеновых блоков, укладываемых с перевязкой
вертикальных швов (см. рис. 2.1, д). Глубину перевязки при малосжи-
маемых грунтах делают не менее 0,4 высоты фундаментного блока, а
при сильносжимаемых (£0< 10000 кПа) и макропористых просадоч-
ных грунтах — не менее высоты этого блока.
Таблица 2.3. Стеновые сплошные бетонные блоки по ГОСТ 13579—78
Марка блока Эскиз Размеры, мм Мас- са, т Объем, м3
1 b h
ФБС24-3-6-Т 2380 300 580 0,97 0,406
ФБС24-4-6-Т . 2380 400 580 1,30 0,543
ФБС24-5-6-Т 2380 500 580 1,63 0,679
ФБС24-6-6-Т 2380 600 580 1,93 0,815
ФБС12-4-6-Т 1180 400 580 0,64 0,265
ФБС12-5-6-Т 1180 500 580 0,79 0,331
ФБС12-6-6-Т 1180 600 , 580 0,96 0,398
ФБС12-4-3-Т СП8]Г 400 J 0,31 0,127
ФБС12-5-3-Т (1180 боб 0,38 0,159
ФБС12-6-3-Т 1180 600 280 0,46 0,191
ФБС9-3-6-Т 880 300 580 0,35 0,146
ФБС9-4-6-Т 880 400 580 0,47 0,195
ФБС9-5-6-Т 880 500 580 0,59 0,244
ФБС9-6-6-Т 880 600 580 0,70 0,293
25
Для обеспечения пространственной жесткости фундамента между
продольными и поперечными стенами устраивают связь путем пере-
вязки блоков (рис. 2.8) и закладки в, швы сеток из арматуры диаметром
8...10 мм (рис. 2.9).
В некоторых случаях для увеличения жесткости фунда-
Рис. 2.10. Деталь отвер-
стия в фундаменте:
/ — тротуар или отмостка;
2 — фундаментные стеновые
блоки; 3 — поперечная стена;
4 — фундаментные блоки-
плиты (подушки); 5 — отвер-
стие в фундаменте; 6 — ме-
таллические сетки
ментных стен их делают из монолит-
ного железобетона. С целью уменьшения
количества типоразмеров стеновых фунда-
ментных блоков, а также для пропуска труб
можно оставлять между блоками проемы ши-
риной не более 0,6 м (рис. 2.10). Толщина
фундаментной стенки может быть меньше тол-
щины стены здания, но не менее 30 см и при
свесах не более 13 см.
Ленточные железобетонные фундаменты
под колонны устраивают с целью вырав-
нивания возможной неравномерности осадки
колонн (см. рис. 2.1, в) и рассчитывают их
как балку на упругом основании (см. 8.4).
Для выравнивания неравномерностей осадок
в двух направлениях здания применяют пере-
крестные ленты (см. рис. 2.1, г). Ленточные
фундаменты под колонны рекомендуется при-
менять в сейсмических районах и на подра-
батываемых территориях.
2.4. СПЛОШНЫЕ (ПЛИТНЫЕ) И МАССИВНЫЕ ФУНДАМЕНТЫ
Zb*
2-2
Рис. 2.11. Сплошной фундамент
коробчатого типа
Сплошные (плитные) фундаменты в виде железобетонных безба-
лочных или ребристых плит устраивают в следующих случаях: при
слабых грунтах и больших нагрузках
с целью выравнивания возможной нерав-
номерности осадки колонн и стен; для
устройства водонепроницаемых кон-
струкций (для гидроизоляции подвалов,
днищ резервуаров и т. п.). Примеры
устройства сплошных фундаментов пока-
заны на рис. 2.1, ж и 2.14. Сплошной
фундамент рассчитывают как плиту на
упругом основании (см. 8.4).
К сплошным фундаментам также от-
носят железобетонные фундаменты ко-'
робчатого типа, применяемые под зда-
ния, имеющие один или несколько под-
земных этажей (рис. 2.11). Они состо-
ят из двух плит (верхней и нижней) и перекрестных в пределах од-
ного или нескольких этажей подвала стенок, соединяющих эти пли-
ты в единую конструкцию.
26
Массивные фундаменты применяют под тяжелые сооружения (до-
менные печи, дымовые трубы и т. п.) (см. рис. 2.1, з) или опоры (мос-
тов).
2.5. ФУНДАМЕНТЫ ГЛУБОКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ
При большой глубине залегания надежного грунта и значитель-
ных нагрузках применяют фундаменты глубокого заложения. Основ-
ными вертикальными элементами таких фундаментов являются сваи-
оболочки и буронабивные^столбы.
Сваи-оболочки—тонкостенные железобетонные цилиндры диаметром
0,8...3,0 м, собираемые из звеньев длиной 6... 10 хМ с толщиной стенок
12 см, армированные продольной и поперечной (спиральной) армату-
рой. Сваи-оболочки погружают в грунт мощными вибропогружателя-
ми на некоторую глубину. Для возможности дальнейшего погружения
производят выемку грунта из оболочки специальными грейферами. За-
тем сваю-оболочку снова погружают. После погружения одной сбор-
ной секции ее наращивают следующей. Стык фланцевый (болтовой)
или сварной. Сваю-оболочку, достигшую проектной отметки, заполня-
ют бетоном (всю или частично) и получают железобетонный столб с
большой несущей способностью по грунту и материалу.
Нижний конец сваи-оболочки, воспринимающий реактивное давле-
ние грунта, усиливают металлическими ножами. Если оболочка дос-
тигает скалы, то выполняют заделку столба. Скальный грунт бурят
ниже конца оболочки; в образовавшуюся скважину вставляют арма-
турный каркас; скважину и нижнюю часть сваи-оболочки бетонируют.
Если в основании залегают другие прочные грунты, то для повышения
несущей способности можно сделать уширенную плиту (разбурива-
нием или камуфлетным взрывом).
Количество свай-оболочек определяют расчетом; все оболочки по
верху объединяют ростверком. Заделывают оболочки в ростверке на
высоту 1,2 м или выпусками арматуры.
Буронабивные столбы по своей конструкции и технологии изготов-
ления сходны с набивными сваями, т. е. бурят скважину, которую за-
тем заполняют бетоном. Однако буронабивные столбы отличаются
большими размерами (<£>0,8м) и соответственно большей несущей спо-
собностью по грунту и материалу. Столбы армируют в верхней части
для соединения с ростверком, а если они работают на изгиб, то и по всей
длине. Количество столбов определяют расчетом и объединяют их
ростверком. Буронабивные столбы применяют при больших и сосредо-
точенных нагрузках и глубоком залегании прочного грунта (более
15...20 м).
Некоторые сведения о расчетах фундаментов глубокого заложения
приведены в 7.6. Более подробные сведения можно найти в специальной
литературе или учебниках по основаниям и фундаментам мостов *.
* Гольдштейн М. Н., Царьков А. А., Черкасов И. И. Механика грунтов, осно-
вания и фундаменты. М.. 1981.
27
2.6. УКАЗАНИЯ ПО ВЫБОРУ ТИПА /
И КОНСТРУКЦИИ ФУНДАМЕНТА
Тип фундамента выбирают с учетом:
а) особенностей несущих конструкций сооружений и передаваемых
нагрузок;
б) расположения подземных устройств в зданиях (приямки, под-
валы, каналы, фундаменты оборудования, трубопроводы и т. п.)
и около зданий (фундаменты соседних зданий, трубопроводы, тоннели
и т. п.);
в) характера инженерно-геологических условий строительной пло-
щадки;
г) условий постройки фундамента (техническая вооруженность
строительной организации, время года в период возведения фунда-
мента и подземных конструкций и т. п.).
При конструировании фундамента стремятся, чтобы нагрузка от
сооружения кратчайшим путем была передана на грунт основания,
при этом во всех сечениях кладки фундамента усилия были бы близки
к предельным значениям. Такой путь передачи нагрузки от колонн
обеспечивается отдельными, а от несущих стен — ленточными фунда-
ментами.
Более дорогие ленточные фундаменты под колонны и сплошные
фундаментные плиты применяют лишь в необходимых случаях. Сбор-
ные фундаменты должны собираться из минимального количества ти-
поразмеров блоков, имеющих определенный модуль. В качестве модуля
размеров монолитных фундаментов принимают 10 см, а при использо-
вании инвентарной опалубки — 30 см. СвайнЫе фундаменты рациональ-
ны, когда их применение позволяет резко уменьшить объем земляных
работ (например, при размещении свай в один ряд под стенами бес-
подвальных жилых зданий).
При конструировании в фундаментах предусматривают отверстия
для трубопроводов. Эти отверстия делают сверху с запасами на ожи-
даемую осадку сооружения.
2.7. ЗАЩИТА ФУНДАМЕНТОВ И ПОДЗЕМНЫХ ЧАСТЕЙ ЗДАНИЙ
ОТ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
При агрессивной среде по отношению к бетону производят защиту
фундаментов и других подземных конструкций, расположенных ниже
уровня подземных вод. Степень агрессивности среды устанавливают в
соответствии со СНиПом по проектированию защиты строительных
конструкций от коррозии.
Защита подвальных помещений и приямков от затопления подзем-
ной водой необходима, когда ее уровень может подниматься выше пола
этих помещений или других подземных устройств. Кроме того, изоли-
руют фундаменты и пол для исключения капиллярного подсоса влаги
из грунта. Водонепроницаемость стен и пола сооружения можно обес-
печить применением плотного монолитного бетона специального со-
става с пластифицирующими водоотталкивающими добавками. При
28
Таблица 2.4. Некоторые рекомендации по выбору типа гидроизоляции
подвальных помещений при II группе трещиностойкости и II категории
допустимости увлажнения помещений
Типы гидроизоляции Напор, м Полы Стены
Штукатурная: из холодных асфальтовых мастик в 3...4 <10 +
слоя толщиной 10... 15 мм из горячих асфальтовых мастик или раст- <5 + —j—
воров в два намета асфальтовая литая в два слоя <10 + -U
' цементная, наносимая торкретированием в <2 —
два намета Оклеенная: битумные рулонные материалы в три слоя <5 +
пластмассовая (листовая) +
Примечание. + (плюс) рекомендуется к применению; — (минус) не рекомендуется к
применению.
Рис. 2.12. Гидроизоляция подвальных поме-
щений:
а — при уровне подземных вод ниже пола подва-
ла; б — при невысоком стоянии уровня подземных,
вод выше пола подвала; в — то же, при высоком
стоянии; 1 — гидроизоляция; 2 — обмазка биту-
мом за два раза; 3 — прижимная стенка; 4 — под-
готовка с стяжкой; 5 — пригрузочный бетон;
6 — железобетонная плита
недостаточной плотности бетона или при сборных фундаментах с целью
защиты подземных конструкций или помещений устраивают либо гид-
роизоляцию, либо дренаж.
Обычно гидроизоляцию делают следующих типов: окрасочную,
оклеечную, штукатурную. В редких случаях ее делают в виде конст-
рукции из металла или плотного бетона при непрерывном его бетони-
ровании. От капиллярной влаги подземные помещения чаще всего
изолируют окрасочной гидро-
изоляцией, которая наносит-
ся в два — четыре слоя. При
положении максимально вы-
сокого уровня подземных вод
выше пола приямков, подва-
лов и подземных этажей при
второй категории допусти-
мости увлажнения помеще-
ний обычно применяют для
полов и стен штукатурную
или оклеечную гидроизоля-
цию, которую можно выби-
рать, руководствуясь табл.
2.4 или указаниями С. Н.
Попченко [31, 32]. Окрасоч-
ные гидроизоляции делают
на битумной, битумно-полимерной и полимерной [основах. Наиболее
целесообразно применение полимербитумных композиций типа би-
тэп с добавлением пластификаторов.
Из оклеечных материалов на битумной основе рекомендуются гид-
роизол, металлоизол, фольгоизол, стеклобит и др. Не рекомендуется
2»
применение рулонных материалов на картонной основе (рубероида,
пергамина, толя и др.).
Штукатурную гидроизоляцию делают асфальтовой с нанесением
ее на изолирующие поверхности в холодном или горячем состоянии,
а также цементной, которая обычно наносится торкретированием. Для
защиты надземной части стен
здания от сырости гидроизо-
ляцию выполняют в уровне
поверхности земли или по
обрезу фундамента.
Г идроизоляцию подваль-
ных помещений устраивают
наружной (рис. 2.12 и 2.14)
или внутренней (рис. 2.13).
Н ар ужну ю гидр ои зол я цию
выполняют в процессе воз-
ведения подземной части зда-
ния, а внутреннюю — после
ее возведения, а иногда и са-
мого здания. Внутренняя
гидроизоляция воспринимает
гидростатическое давление,
которое необходимо передать
на специальные удерживаю-
щие конструкции. Работа этих
конструкций должна быть
увязана с нарастанием осадок
во времени. Когда осадки от
веса здания загасают до уст-
ройства гидроизоляции или
осадки незначительны, в удер-
живающих конструкциях не
возникают сколько-нибудь
значительные дополнительные
усилия. При развитии же
осадок фундаментов после уст-
Рис. 2.13. Внутренняя гидроизоляция под- '
вала при напорах подземных вод более 0,5 м>
1 — гидроизоляция стен; 2 — облицовка или цемен-
тная штукатурка; — оклеечная (рулонная) изо-
ляция; 4, 7 — цементная стяжка; 5 — железобетон-
ная коробчатая конструкция; 6 — чистый пол; 3 —
бетонная подготовка; 9 — упругая прокладка
Рис. 2.14. Гидроизоляция при сплошном
(плитном) фундаменте:
/ — противокапиллярная гидроизоляция стены;
2 — цементно-песчаная штукатурка; 3 — обмазка
из двух слоев битума; 4 — выравнивающая затир-
ка или штукатурка; 5 — оклеечная гидроизоляция;
6 — защитная стенка; 7 — чистый пол; 8 — же-
лезобетонная фундаментная плита; 9 — цемент-
ные стяжки; 10 — подготовка; // — слой песка
ройства внутренней гидроизо-
ляции и удерживающей кон-
струкции типа кессона она
будет перемещаться вместе с
фундаментами, что приведет
к развитию реактивных сил
сопротивления грунта под
слоем гидроизоляции пола.
Это может вызвать разрушение указанных конструкций и разрыв
слоя гидроизоляции. Избегают такого разрушения устройством удер-
живающей конструкции при небольшом напоре воды в виде пригрузоч-
ного слоя (рис. 2.12, б) или укладки под удерживающей конструкцией
легко деформирующегося слоя. При укладке такого слоя удерживаю-
30
щую конструкцию рассчитывают на гидростатическое давле-
ние.
Толщина пригрузочного слоя бетона
^6 = Ytt/)»
где Ли — возвышение максимального уровня подземных вод над полом
подвала, м; yw и — удельный цес соответственно воды и бетона,
кН/м?.
Качественную гидроизоляцию можно сделать лишь в сухом котло-
ване, поэтому до устройства гидроизоляции производят временное по-
нижение уровня подземных
вод дренажем или примене-
нием водоотлива.
В ряде случаев вместо
гидроизоляции делают мест-
ное дренирование с тщатель-
ным отводом ливневых вод от
здания. В зависимости от ин-
женерно-геологических и
гидрогеологических условий
площадки строительства ши-
роко применяют типы дрена-
жей: систематический, голов-
ной, береговой, кольцевой,
пластовый *.
Первые четыре типа дре-
нажа применяют при хоро-
шо фильтрующих грунтах
(песок,, гравий и т. п.).
начала работ по устройству
грунтах, имеющих хорошо фильтрующие прослойки и линзы, использу-
ют пластовый дренаж и кольцевой с укладкой труб в одну траншею с
фундаментом (сопутствующий или пристенный дренаж). Сопутствую-
щий дренаж нельзя заглублять ниже подошвы фундамента (рис. 2.15).
Исключение допускается при плотных слаборазмокающих грунтах.
Для предотвращения выноса пылеватых частиц из грунта дренирую-
щие трубы обсыпают фильтрующим материалом в виде обратного
фильтра (рис. 2.15).
Когда возможно поступление воды снизу, через пол подземных поме-
щений, применяют пластовый дренаж. Он состоит из слоя фильтрую-
щего материала (песка или песка и гравия), укладываемого под изо-
лируемыми помещениями. Этот слой дренируется трубами, отводящи-
ми воду из-под здания.
Рис.
2.15. Сопутствующий (пристенный) дре-
наж:
/ — песок средней крупности; 2 — местный грунт;
3 — песок крупный;
труба;
ный
//ш
Пол
подвала
гравий; 5 — дренажная
6 — глинобетон; 7 — щебень» втрамбован-
в грунт; 8 — обмазочная гидроизоляция
Они
фундаментов.
должны прокладываться до
* Абрамов С. К- Подземные дренажи в промышленн ом городском [строитель-
стве. М., 1960.
31
Глава 3
ВЫБОР ГЛУБИНЫ ЗАЛОЖЕНИЯ ФУНДАМЕНТА
3.1. ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ГЛУБИНУ ЗАЛОЖЕНИЯ
ПОДОШВЫ ФУНДАМЕНТОВ
Выбор глубины заложения подошвы фундаментов является одним
из главных этапов их проектирования. При этом решаются вопросы
о несущем слое грунта и принимаемом типе основания. Обычно стре-
мятся принимать минимальную глубину заложения подошвы фунда-
ментов, так как этим можно добиться наименьшей, как правило, стои-
мости устройства фундаментов. Однако самые верхние слои грунта час-
то обладают большой сжимаемостью, малой несущей способностью и
могут периодически изменять свой объем и прочность под действием
метеорологических факторов и деятельности растительного и живот-
ного мира.
При выборе глубины заложения фундаментов приходится учитывать
следующие факторы:
1) инженерно-геологические и гидрогеологические условия пло-
щадки строительства;
2) климатические особенности района строительства (промерза-
ние — оттаивание, высыхание — увлажнение);
3) особенности возводимого и соседних сооружений; ,
4) способ производства работ по отрывке котлованов и возведению
фундаментов.
Выбирая глубину заложения фундамента, тем самым выбирают не-
сущий слой основания, поэтому исходят из основных требований,
предъявляемых к основаниям, учитывая прочность, устойчивость, до-
пустимость деформаций грунтов основания, долговечность основания
и экономичность решения (по стоимости, расходу материалов, трудозат-
ратам).
Заглубление фундаментов в грунт ниже поверхности земли или по-
ла подвала (подполья) принимают не менее 0,5 м. Исключение состав-
ляют скальные породы, при наличии которых обычно снимают только
верхний, сильно разрушенный ее слой.
3.2. ВЛИЯНИЕ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ
И ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ
К инженерно-геологическим и гидрогеологическим условиям пло-
щадки строительства относят характер напластования грунтов, их
физико-механические свойства, положение и колебания уровня под-
земных вод с учетом изменений, которые возникают после застройки
территории, а также степень агрессивности среды.
Инженерно-геологическое строение на каждой площадке строи-
тельства имеет свои особенности. Инженерно-геологические условия
различаются как напластованием грунтов, так и прочностными и де-
формационными характеристиками грунта ф, с и Ео (угол внутреннего
трения, удельное сцепление, модуль деформации). В зависимости от
32
этих характеристик все грунты можно разбить на две категории —
слабые и надежные. Слабыми называют грунты, использование кото-
рых в качестве основания не может гарантировать надежное существо-
вание проектируемого сооружения. Надежными являются грунты,
обеспечивающие требуемое существование проектируемого сооружения .
Поскольку грунты относят к той или иной категории, в том числе в за-
висимости от сооружения, та-
кая оценка грунта является
относительной.
Указанное деление всех
грунтов на две категории по-
зволяет все многообразие на-
пластований грунтов предста-
вить в виде трех схем (рис.
3.1.
Схема I
Схема I Схема Ж
Рис. 3.1. Схемы напластования грунтов:
1 — надежный и 2 --.слабый грунт
Рис. 3.2. Варианты устройства фундаментов при
напластовании грунтов по схеме II
При схеме Ц когда с поверхности на большую глубину залегают на-
дежные грунты, глубина заложения подошвы фундаментов фактически
не зависит от напластования грунтов. Однако при наличии на некото-
рой глубине более прочных и менее сжимаемых грунтов можно рас-
сматривать два варианта устройства фундаментов с минимальной
глубиной заложения сравнительно развитых в плане фундаментов
либо более глубокие фундаменты с минимальной шириной подошвы.
Выбор решения осущест-
вляется на основе техни-
ко-экономического сравне-
ния этих двух вариантов.
При схеме II сверху
залегает один или несколь-
ко слоев слабого грунта.
При напластовании грунтов
по этой схеме принимаемое
решение о глубине зало-
жения фундаментов зави-
сит от толщины слоя сла-
бого грунта. При небольшой его толщине целесообразно слабый слой
грунта прорезать и опереть фундаменты на надежный грунт (рис. 3.2, а).
В зависимости от свойств слабого грунта его иногда можно использо-
вать в качестве несущего слоя основания с одновременным принятием
мер по снижению чувствительности конструкций проектируемого
сооружения (здания) к возможному развитию неравномерных осадок
{рис. 3.2, б, в). Если такие решения нецелесообразны, то можно при-
менить свайные фундаменты (рис. 3.2, г) или искусственно улучшен-
ные основания [песчаные или грунтовые подушки (рис. 3.2, б), осу-
ществить закрепление или уплотнение слабых грунтов (рис. 3.2, е)1.
При схеме III в толще надежных грунтов залегает один или не-
сколько слоев слабого грунта. В таком случае приходится фундамен-.
тами или сваями прорезать всю толщу, содержащую слабые грунты
(рис. 3.3, б, в)., аналогично рис. 3.2, а, г, или делать песчаную подуш-
ку (рис. 3.3, г). Однако при сравнительно большой толщине верхнего
2 Зак. 562
33
надежного грунта иногда целесообразно использовать его в качестве
распределительной подушки. В этом случае фундаменты делают с ми-
нимальной глубиной заложения. Тогда вертикальные сжимающие
напряжения в пределах верхнего надежного грунта будут распреде-
ляться на значительную площадь, уменьшаясь по интенсивности до
величины, которую может воспринять слабый грунт (рис. 3.3, а). При
искусственном закреплении
грунта достаточно закрепить
только слабый грунт (рис.
3.3, д).
Кроме напластования
грунтов учитывают и режим
подземных вод — гидрогеоло-
гические условия площадки
строительства. Осушение ко-
тлованов при отрывке их ни-
же уровня подземных вод свя-
зано не только с увеличением
стоимости работ по устрой-
ству фундаментов, но и с
структуры грунта несу-
Рис. 3.3. ^Варианты устройства фундаментов
при напластовании грунтов по схеме III:
/ — надежный грунт; 2 — слабый грунт; 3 — зона
закрепления; 4 — эпюра вертикальных нормаль-
ных напряжений о
возможностью нарушения природной
щего слоя гидростатическим и гидродинамическим давлением подзем-
ной воды. Поэтому желательно располагать подошву фундаментов
выше уровня подземных вод во время закладки фундаментов или при-
нимать минимальное их заглубление ниже указанного уровня.
Изменение положения уровня подземных вод в период эксплуата-
ции сооружения приходится учитывать, если при этом изменяются
свойства грунтов. В частности, при поднятии уровня подземных вод
некоторые грунты могут давать просадку или набухать. Грунты же,
содержащие органические вещества, чувствительны к понижению
уровня подземных вод, так как эти вещества выше указанного уровня
гниют (разлагаются).
Положение уровня подземных вод существенно сказывается также
на пучении грунта при его промерзании, что учитывается при рас-
смотрении климатических особенностей района строительства.
з.з. влияние климатических особенностей
Основными климатическими факторами, влияющими на глубину
заложения фундаментов, являются промерзание — оттаивание грун-
тов и высыхание — увлажнение верхних слоев грунта. Известно, что
при промерзании некоторых грунтов наблюдается их морозное пуче-
ние — увеличение объема, поэтому в таких грунтах нельзя заклады-
вать фундаменты выше глубины промерзания. Поскольку морозное
пучение грунтов происходит преимущественно за счет миграции (пере-
мещения) влаги к фронту промерзания из нижележащих слоев, су-
щественное значение имеет положение уровня подземных вод в период
промерзания грунта. Миграция влаги обычно наблюдается в пылевато-
глинистых грунтах, песках пылеватых и мелких. Величина пучения,
34
связанная с миграцией влаги, развивается тем интенсивнее, чем ближе
уровень подземных вод зимой к фронту промерзания. Кроме того, пу-
чение пылевато-глинистых грунтов зависит от их консистенции. По-
этому нормы рекомендуют расчетную глубину заложения фундамен-
тов наружных стен и колонн принимать по табл. 3.1 в зависимости от
Таблица 3.L Глубина заложения подошвы фундаментов d в зависимости
от расчетной глубины промерзания df
Наименование грунта под подошвой фундамента Глубина заложения фундаментов от уровня планировки в зависимости от глубины расположения подземных вод dw. м. при
dw>^f+2'>
Скальные, Гкрупнообломочные ' с песча- Не зависит от df Не зависит от d'f
ным заполнителем, пески гравелистые, крупные и средней крупности Пески мелкие и пылеватые Не менее df То же То же
Супеси с показателем текучести при: /£<0 »
Не менее df
Суглинки, глины, а также крупнооб- ломочные грунты с пылевато-глинистым заполнителем при показателе текучести грунта или заполнителя при: /д^0,25 » То же
< 0,25 » Не менее 0,5d^ ✓
положения уровня подземных вод и показателя текучести пылевато-
глинистых грунтов, которые должны сохраняться в течение всего
периода эксплуатации зданий (сооружений).
Расчетная глубина промерзания
^=/сАтЛп. (31)
где — коэффициент, учитывающий влияние теплового режима
сооружения на глубину промерзания грунтов у фундаментов, при-
нимаемый по табл. 3.2; ус — коэффициент условий промерзания грун-
та, учитывающий изменчивость климата; djn — нормативная глубина
промерзания.
Приведенные в табл. 3.2 значения соответствуют вылету фунда-
мента за наружную грань стены до 0,5 м. При вылете 1,5 м значение
коэффициента /<д принимают на 0,1 более указанных в табл. 3.2, но
не более 1,0. При промежуточном значении вылета фундамента зна-
чение Кк определяют интерполяцией.
Глубину заложения фундаментов внутренних стен и колонн отно-
сительно пола отапливаемых помещений принимают независимо от
глубины промерзания, если временным утеплением исключается про-
мерзание грунтов под фундаментами во время строительства. Со сто-
роны неотапливаемых подвалов и подполий заглубление фундаментов
должно быть не менее 0,5 df. В этом случае в зимнее время в период
2* Зак. 562
35
строительства принимают меры по утеплению подвальных помещений
(перекрытия и оконных и дверных проемов). Когда глубина заложе-
ния фундаментов наружных стен и колонн в пылевато-глинистых
грунтах и песках пылеватых и мелких (при низком положении подзем-
ных вод) принимается менее расчетной глубины промерзания (см.
табл. 3.1), необходимо принимать меры по исключению увлажнения
грунтов около фундаментов поверхностными водами в течение всего
периода строительства и эксплуатации.
Таблица 3.2. Коэффициент влияния теплового режима сооружения
на промерзание грунтов около фундаментов наружных стен
Особенности сооружения Коэффициент при расчетной среднесуточной температуре воздуха в помещении, примыкающем к фундаментам наружных стен, °C
0 5 10 15 20 и более
Без подвала с полами, уст- раиваемыми: на грунте на лагах по грунту по утепленному цоко.^.юму перекрытию С подвалом или техническим подпольем 0,9 1,0 1,0 4 0,8 0,8 0,9 1,0 0,7 0,7 0,8 0,9 0,6 0,6 0,7 л я 0,5 o,s 0,Б 0,7 0,4
Примечание. -При '• промежуточных значениях температуры воздуха коэффициент
Кд принимается с округлением^до ближайшего меньшего значения.
Нормативная глубина промерзания dfn принимается по данным
наблюдений средней из ежегодных (не менее 10 лет) максимальных
глубин сезонного промерзания грунтов под открытой, оголенной от
снега поверхностью. При отсутствии таких наблюдений ее можно при-
нимать для суглинков и глин по схематической карте (рис. 3.4). Для
песков и супесей значения dfn, найденные по карте, необходимо увели-
чивать на 20%, т. е. умножать на коэффициент 1,2. Можно также dfn
определять по формуле, если dyn<2,5 м:
d/n = dBVM~t, (3.2)
где d0 — глубина промерзания, м; при Aft = l: для суглинков и глин
do=0,23; супесей, песков пылеватых и мелких — 0,28; песков средней
крупности, крупных и гравелистых — 0,30; крупнообломочных грун-
тов — 0,34; Mt — безразмерный коэффициент, численно равный сум-
ме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур
воздуха за зиму в данном районе, принимаемых по СНиПу «Строитель-
ная климатология и геофизика» или результатам наблюдений гидроме-
теорологической станции, находящейся в аналогичных условиях
со строительной площадкой.
В районах, в которых абсолютное значение суммы среднемесячных
отрицательных] температур в наиболее суровую зиму Л4/сур зна-
36
чительно превышает коэффициент Mt, в суровые зимы глубина промер-
зания будет больше нормативной, если не учитывать коэффициент ус-
ловий промерзаний грунта (ус). Поэтому для районов, где
2^1,5 Mt, рекомендуется принимать коэффициент ус= 1,1, для других,
районов ус=1.
В районах, в которых чередуются дождливые и засушливые перио-
ды года, необходимо учитывать возможность сезонного набухания
верхних слоев глин и суглинков при увлажнении и их усадку при
высыхании. Глубину заложения фундаментов в таких случаях при-
нимают ниже зоны возможного сезонного набухания и усадки грунтов^
Рис. 3.4. Схематическая карта нормативных глубин промерзания глин и суглинков
Пример 3.1. Найти минимально необходимую глубину заложения
подошвы фундаментов наружных стен производственного здания в Ле-
нинграде с полами на грунте для следующих условий: грунт — песок
пылеватый, подземные воды в период промерзания на глубине
dw=2,5 м от поверхности планировки, вынос фундамента от наружной
плоскости стены 1 м, температура воздуха в помещении 20°G.
Руководствуясь картой (рис. 3.4), найдем для пылеватых песков
в Ленинграде нормативную глубину промерзания (с коэффициентом
1,2):
d/n= 1,2-120= 144 см= 1,44 м.
Тогда расчетная глубина промерзания
= ЛлТЛ» = °-5'1,1 • 1,44= 0,792 « 0,80 м,
37
где Ка=0,5 (по табл. 3.2); ус=1,1, так как для Ленинграда AfJcyp>
>1,5 Mt.
Расстояние от расчетной глубины промерзания до уровня грунтовых
вод в зимний период менее 2 м:
—dz = 2,5—0,8 =1,7 м.
Следовательно, грунт может испытывать морозное пучение и глубина
заложения фундамента должна быть (см. табл. 3.1) не менее 0,8 м.
Пример 3.2. Найти нормативную глубину промерзания для усло-
вий, указанных в примере 3.1, по формуле (3.2).
По данным СНиПа по строительной климатологии и геофизике,
для Ленинграда среднемесячные отрицательные температуры, °C:
ноябрь — 0,5, декабрь — 5,1, январь — 7,7, февраль — 7,9, март —
4,2. Тогда Aft=2 |7'м|=25,8; do=0,28 м, откуда
d>„ = 0,28 /253 =1,42 м.
3.4. ОСОБЕННОСТИ ВОЗВОДИМОГО
И СОСЕДНИХ СООРУЖЕНИЙ
Особенностями возводимых сооружений являются:
1) величина и характер нагрузок, передаваемых на фундаменты;
2) наличие подземных этажей, подвалов, подполий, приямков и
других устройств; заглубленных в грунт;
3) характер конструкций, через которые нагрузка передается на
фундаменты (колонны каркаса, анкерные болты, несущие стены, рас-
порные конструкции и др.)
4) чувствительность надземных конструкций к возможному раз-
витию неравномерных осадок.
Нагрузки, передаваемые надземными конструкциями на фунда-
менты, обусловливают их размеры в плане и ожидаемые осадки этих
фундаментов при данном напластовании грунтов. В определенных
грунтовых условиях тяжелые сооружения и чувствительные к разви-
тию неравномерных осадок могут потребовать заглубления фундамен-
тов до более надежного грунта по сравнению с фундаментами сооруже-
ний легких и малочувствительных к неравномерным осадкам.
Иногда высота фундамента, обусловленная прочностью его мате-
риала, заставляет делать фундаменты более глубокими. В частности,
при устройстве фундаментов под тяжелые металлические колонны вы-
сота фундаментов обусловливается необходимостью заделки анкерных
болтов. Когда нагрузка имеет составляющую, действующую вверх
(анкерные фундаменты) или в горизонтальном направлении, глубину
заложения фундаментов определяют требованиями их устойчивости
(см. гл. 7).
Наличие подземных устройств (этажей, подвалов, подполий,
приямков, глубоких фундаментов под оборудование и др.) заставляет
подошву фундаментов делать ниже таких устройств. В частности, фун-
даменты обычно заглубляют в нескальные грунты не менее чем на
'38
50 см ниже отметки пола подвала. Кроме того, уширенные части фун-
даментов обычно должны находиться ниже пола подвала (рис. 3.5, а).
В случае устройства внутренней гидроизоляции подвальных по-
мещений минимальная глубина заложения
^min “ “Ь ^к “t“ СМ.
Если ожидается развитие осадки фундамента после устройства
гидроизоляции, в месте возможного ее разрыва устраивается специ-
альный замок (вставка) из вязкого водонепроницаемого материала
(рис. 3.5, б).
/ //> /// /// /// /// .77 77 ////// /7/ /77 //'
Рис. 3.5. Заглубление фундамента от отметки пола подвала:
а — при отсутствии гидроизоляции: б — при наличии гидроизоляции подвальных помещений;
/*к — толщина пригрузочного бетонного пола; hn — высота фундаментной подушки; / — гид-
роизоляция; 2 — замок из гидроизоляции; 3 — стяжка
При примыкании проектируемых фундаментов к существующим
различают случаи: подошва проектируемых фундаментов располага-
ется выше глубины заложения существующих фундаментов (рис.
Рис. 3.6. Случаи примыкания к существующим фундаментам:
1 — существующий фундамент; 2 — проектируемый фундамент; 3 — шпунт
3.6, а), на одном и том же уровне (рис. 3.6, б, в) и ниже подошвы суще-
ствующего фундамента (рис. 3.6, г, д). Значение тангенса угла 0:
tg ₽ < tg <Pi 4- Ci/Pv (3-3)
где <pj — расчетное значение угла внутреннего трения; сг — расчетное
удельное сцепление; — интенсивность давления по подошве рас-
положенного выше фундамента.
39
В случаях б, в, г, д (рис, 3.6) необходима проверка устойчивости
существующего фундамента.
Когда вновь возводимые фундаменты приходится делать на раз-
личных отметках, переход от большей глубины заложения к меньшей
осуществляется уступами, как изображено на,рис. 3.7, где tg Р оп-
ределяется по формуле (3.3).
В связных грунтах (при 50 кПа) можно принимать tgP = l.
Для ленточных фундаментов высота уступов обычно принимается
0,5...0,6 м, а длина участка фундамента 1...1,2м.
В случае необходимости устройства фундаментов на существенно
разных отметках, тем более при примыкании глубоко закладываемых
Рис. 3.7. Высотное расположение уступов^ в
смежных отдельных фундаментах (а) и лен-
точном фундаменте (б) (размеры в м)
Рис. 3.8. Крепление стены котлова-
на и устройство фундамента методом
«стена в грунте»:
а — разрез; б — план; / — существую,
щий фундамент; 2 — «стена в грунте»;
3 — наклонные анкера
фундаментов к существующим, необходимо устраивать надежное креп-
ление стен котлованов, которое не должно иметь горизонтальных сме-
щений. Одним из [методов устройства таких креплений является за-
анкеренная шпунтовая стенка или возведение фундаментов методом
«стена в грунте», устраиваемойТпутем секущихся скважин (рис. 3.8).
3.5. ВЛИЯНИЕ СПОСОБА ПРОИЗВОДСТВА РАБОТ
ПО УСТРОЙСТВУ ФУНДАМЕНТОВ
Поскольку способ производства работ может повлиять на сохран-
ность структуры грунтов в основании, следует глубину заложения фун-
даментов и их устройство выбирать в зависимости от принимаемого
способа отрывки котлована.
При напластовании грунтов можно либо заложить фундамент выше
уровня подземных вод (рис. 3.9, а) (это гарантирует сохранность плы-
вунных песков), либо прорезать их и врезаться в подстилающий суг-
линок (рис. 3.9, б), либо сделать свайные фундаменты (рис. 3.9, в).
В случае варианта а не требуется водоотлив, гарантируется сохранение
природной структуры грунтов основания, работы могут быть выполне-
ны в кратчайший срок; по варианту б потребуется шпунтовое крепление
40
Рис. 3.9. Варианты устрой-
ства фундаментов с учетом
способов производства работ:
1 — песок пылеватый плывун-
ный; 2 — суглинок полутвердый
стен котлована, водоотлив, резко увеличивающий стоимость земляных
работ; при варианте в приходится забивать сваи.
Окончательный выбор варианта должен основываться на технико-
экономических расчетах.
Глава 4
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ
i ГРУНТА ОСНОВАНИЯ
4.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Основным расчетом фундаментов сооружений является расчет по
предельному состоянию по деформаций. Расчеты оснований по дефор-
мации производят, исходя из теории линейно деформируемой среды
(теории упругости). Применение этой теории допустимо, когда зоны
пластических деформаций грунтов, в’основании или полностью отсутст-
вуют, или имеют незначительное развитие. По этой причине при рас-
чете по деформации среднее давление по подошве фундаментов ограни-
чивается. Это среднее давление по СНиПу в большинстве случаев не
превышает давления, при котором под краями фундамента образуются
зоны пластических деформаций (местного нарушения прочнбстй грун-
тов в основании) на глубину 0,25 ширины подошвы фундамента. При
этом условно принимается, что давление по подошве распределено
равномерно. ' !
Такое давление называется расчетным сопротивлением грунта
основания R. Так как оно зависит от ширины подошвы фундамента й
глубины его 'заложения, то определяется для каждого фундамента.
Таким образом, до выполнения расчета осадок оснований^следует
для всех фундаментов убедиться, удовлетворяется ли условие
Pu^R> (4.1)
где рп — среднее давление по подошве фундамента, кПа,
РпЧММММ. (4.2)
Здесь: N„n — внешняя расчетная нагрузка (основное сочетание при
расчете по деформации), действующая на обрез фундамента (рис. 4.1),
кН; #ф11 — расчетная нагрузка от веса фундамента при расчете nt>
41
деформации, кН; AfrpII —то же, от веса грунта, пола й других уст-
ройств над уступами фундамента, кН; b — ширина (меньший размер)
подошвы фундамента, м; I— длина подошвы фундамента или его участ-
ка, в пределах которого действует наг-
рузка Л/о11, м.
При расчетах фундаментов зданий мож-
но принять
^фи + ^грн = ^Тсрп» (4-3)
где уср п — средний удельный вес грунта
и кладки фундамента в пределах объема
ABCD, кН/м3.
Тогда формула (4.2) примет вид
Ри = ЛГО Ii/(W) + Vcpii<*. (4.4)
При горизонтальном залегании слоев
грунта среднего и хорошего качества и
возведении сооружений (см. тал. 6.1) достаточно добиться выполне-
ния условия (4.1). В таком случае СНиП разрешает считать, что
требование расчета по деформациям автоматически удовлетворено и
расчет осадок можно не производить.
4.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ
ГРУНТА ОСНОВАНИЯ ПО ПРОЧНОСТНЫМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ
Расчетное сопротивление грунта основания, кПа, определяют по
формуле
К = Ъфа. [А1? + + _ 1) dbT- + t (4.5)ч
где yd и ус2 — коэффициенты условий работа соответственно грунто-
вого основания и сооружения во взаимодействии с основанием, при-
нимаемые по табл. 4.1; k — коэффициент (А=1 при определении <рп
и сп по результатам испытаний образцов грунта строительной площад-
ки; fe=l,l при определении <рп и сп по таблицам нормативных доку-
ментов); Mf, Мч, Ме — безразмерные коэффициенты, зависящие от
расчетного угла внутреннего трения <рп при расчете по деформациям
и принимаемые по табл. 4.2; kz — коэффициент, при Ь<10 м &2=1,
6^10 Az=zo/&4-0,2 (здесь zo=8 м); b— ширина подошвы фундамента,
м; у,,—средневзвешенный удельный вес грунта под фундаментом
в пределах слоя толщиной 0,5b, кН/м3 (см. формулу (4.6)]; уц —то
же, в пределах глубины d, кН/м3/ЗГ^- глубина заложения наружных и
внутренних фундаментов от пола-тюдвала, м, при отсутствии подвала
от планировочной отметки; db — глубина подвала от уровня планиров-
ки до пола подвала, м (при отсутствии подвала db—6; для сооружений
с подвалом шириной В^20 м и глубиной более 2 м db=2 м, а при
В>20 м db=0, a d1 = d)-, сп— расчетное сцепление грунта, залегаю-
щего непосредственно под подошвой фундамента, кПа.
42
Таблица 4.1. Значения коэффициентов условий работы и ус2
Виды грунтов Коэф Ьициент Vci Коэффициент уСт для соору- жений с жесткой конструк- тивной схемой при LjH. равном
4 и более 1,5 и менее
Крупнообломочные грунты с песчаным 1,4 1,2 м
заполнителем и пески гравелистые, круп- ные и средней крупности Пески мелкие 1,3 1,1 1,3
Пески пылеватые: 'маловлажные и влажные 1,25 1,0 1,2
насыщенные водой 1,1 1,0 1,2
Крупнообломочные грунты с пылевато- глинистым заполнителем и пылевато-гли- нистые грунты при показателе текучести: IL < 0,25 1,25 1,0 1,1
0,25</£^0,5 ♦ 1,20 1,0 1,1
/£>0,5 • 1П 1,0 1,0
Примечания: 1. В таблице L/U является отношением длины сооружения (здания)
или его отсека к его высоте. При промежуточных значениях А/коэффициент yCt опреде-
ляют интерполяцией. 2. С жесткой конструктивной схемой считаются сооружения, койструк-
ции которых приспособлены к восприятию дополнительных усилий от деформации основания.
3. Для зданий с гибкой конструктивной схемой значения коэффициента принимают рав-
ным единице.
Таблица 4.2. Значения коэффициентов ЛЦ>, Mq, Мс для определения расчетного
сопротивления грунта на основание Я
Ф1Р град Коэффициенты Фц, град Коэффициенты
Му Mq Мс 1 Mq Me
0 0 1,00 3,14 24 ' 0,72 3,87 6,45
2 0,03 1,12 3,32 26 0,84 4,37 6,90
4 0,06 1,25 3,51 28 \ 0,98 4,93 7,40
6 0,10 1,39 3,71 30 1,15 5,59 7,95
8 0,14 1,55 3,93 32 1,34 6,34 8,55
10 0,18 1,73 4,17 34 1,55 7,22 9,22
12 0,23 1,94 4,42 36 1,81 8,24 9,97
14 0,29 2,17 4,69 38 2,11 9,44 10,80
16 0,36 2,43 4,99 40 2,46 10,85 11,73
18 0,43 2,73 5,31 42 2,88 12,51 12,79
20 0,51 3,06 5,66 44 3,38 14,50 13,98
22 0,61 3,44 6,04 45 3,66 15,64 14,64
Примечание, фц-расчетный угол внутреннего трения грунта, залегающего под
подошвой фундамента, при расчете по деформации.
Для круглой подошвы или правильного многоугольника
где Лф — площадь подошвы, м2.
При наличии подземных вод значения уи и ун определяют с учетом
взвешивающего действия воды.
43
Когда в пределах какой-либо глубины располагается несколько
слоев грунта с различными удельными весами или имеется бетонный
пол, в формулу (4.5) подставляют значение средневзвешенного удельно-
го веса грунтов и материала пола
__ УпЛ + ?П2^2+• • • + УпЛ /л ах
7,1------hl+it~+...+hn----> (46)
где уп1, Унг, .... Тип — удельный вес грунтов соответствующих слоев
и материала пола, кН/м3; hlt h2, .... hn — толщина соответственно пер-
вого, второго, n-го слоев, м.
При выборе значений q>jj и сп для водонасыщенных неслоистых
глин и суглинков рекомендуется учитывать неполную консолидацию
грунтов вследствие постепенного развития деформаций уплотнения
грунтов основания в соответствии с методикой, изложенной в 6.14.
Для крупнообломочных грунтов значения <рп и сп принимают в
зависимости от вида и состояния заполнителя.
Пример 4.1. Найти расчетное сопротивление грунта основания 7?,
сложенного плотным песком средней крупности, для квадратного
цёнтрально ^нагруженного фундамента, воспринимающего от колон-
фг нагрузку по обрезу W01I—10 000 кН, если: "глубина заложения
фундамента от планировочной отметки земли d=2 м; подвала нет;
удельный вес грунта основания уп=20.кН/м3; то же, выше подошвы
фундамента уп=16 кН/м3; угол внутреннего трения грунта основания
Ч>ц=40°; параметр линейности (сцепление) грунта сп =3 кПа; здание
Йфйя^ённоё £//7=4. Характеристики установлены экспериментально.
Согласно табл. 4.1 примем тсж=1.4, ус2=1,2. Так как значение <рп
устамовлено эксперименТально при изысканиях, £=1. Предположим,
что/><10 ц,тогда £г=?1. Зададимся ориентировочным значением услов-
ного расчетного сопротивления грунта основания по табл. 4.3, равным
500 кПа. Тогда подформулам (5.1) и (5.2) при усрП=20кН/м3
ом Г ’ 4*= 10000/(500—20-2) = 21к74 м»;
: &=K2ij4=4,66 м.
Примем />=4,5 м и по табл. 4.2 значения Л4?=2,46, Л4?=10,84,
7ИС= 11,73. Тогда по формуле (4.5)
/? = (2,46-1.4,5.20+ 10,84.2-16+ 11,73-3) = 1014 кПа =
= 1,014 МПа.
Полученное значение 7? больше принятого условного расчетного
сопротивления (грунта основания 500 кПа, следовательно, можно
уменьшить размеры подошвы фундамента.
Согласно формулам (5.1) и (5.2) площадь подошвы и ее размеры
Лф= 10000/(1014 —20.2) = 10,28 м2;
5 =1^10^8 «3,2 м.
" Если прйнять Ь=3,2 м, то по формуле (4.5) получим 7?<1014 кПа
и, следовательно, придется этот размер увеличить и повторить расчет
44
Z? и b, поэтому примем b=3,4 м. Тогда согласно (4.5), (5.1) и (5.2)
R = 1’4^1,2 (2(46.1-3,4-20+10,84-2.16+11,73-3) = 923 кПа;
b = /^оц/(^—ТсрпФ = И 10 000/(923-20-2) = 3,37 м.
Полученное значение близко к принятому, поэтому /?=923 кПа
может быть принято для рассчитываемого фундамента.
Пример 4.2. Определить расчетное сопротивление грунта основа-
ния для проектирования ленточного фундамента дома с подвалом для
-стадии проектного задания, если дано: глубина заложения подошвы
фундамента с наружной стороны здания d=2,8 м; то же, со стороны
подвала di=0,6 м, из которых 0,1 м — бетонный пол с удельным ве-
сом бетона 22 кН/м3. Грунт — полностью водонасыщенный суглинок,
имеющий: природную влажность w=0,24, влажность на границе рас-
катывания о»р=0,14, влажность на границе текучести ©^=0,30,
удельный вес твердых частиц грунта ys=27 кН/м3, удельный вес грун-
та .уп=20 кН/м3.
Определим коэффициент пористости грунта е и показатель теку-
чести IL по формулам (1.4):
е = °’2J'2L = 0,65;
yw io
_ w—wp _ 0,24-0,14 __n
II wL—wp 0,30—0,14 — u’w-
Для полученных значений e и IL найдем по таблицам СНиП 2.02.
01—83 фп=<рп=19°, сп=сп =0,025 МПа=25 кПа.
Вследствие небольшого различия между удельным весом бетона
пола подвала и грунта найдем db=2,8—0,6=2,2 м.
Интерполируя, по табл. 4.2 определим /Й?=0,47, Л4?=2,89, /Ис=
=5,48, а по табл. 4.1 найдем ус1=1,1, ус2=1. Таккак<рн исп приняты
по таблице СНиПа, коэффициент k = 1,1.
Зададимся 6=1 м и по формуле (4.5) при kz=\ найдем
R = —рр [0,47.1.1-20 + 2,89 • 0,6 • 20 + (2,89— 1) 2,2 • 20 + 5,48.25] =
= 264 кПа.
Если при этом значении R требуется ширина подошвы фундамента
существенно больше или меньше 6=1 м, то производят повторные рас-
четы, как это сделано в примере 4.1.
4.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗНАЧЕНИЯ УСЛОВНОГО РАСЧЕТНОГО
СОПРОТИВЛЕНИЯ ГРУНТА ОСНОВАНИЯ /?0 ПО СНиП 2.02.01-83
При выборе предварительных размеров фундаментов зданий и
сооружений, когда основание сложено горизонтальными выдержан-
ными по толщине слоями грунта (при уклоне их границ не более 0,1),
сжимаемость которых в основании в пределах двойной ширины на-
ибольшего фундамента не увеличивается, а также окончательных раз-
меров фундаментов сооружений III класса, СНиП2разрешают произ-
45
Таблица. 4.3. Расчетные сопротивления грунта основания
А. Крупнообломочные грунты Значения RQ, кПа
Галечниковый (щебенистый) с заполни- телями: песчаным пылевато-глинистым при показателе текучести: /£<0,5 0,5</l<0,75 Гравийный (дресвяный) с заполните- лями: песчаным пылевато-глинистым при показателе текучести: /£<0,5 0,5</£<0,75 600 450 400 500 400 350
Значения кПа, для песков
Б. Пески плотных средней плотности
Крупные независимо от влажности Средней крупности, независимо от влажности мелкие: маловлажные влажные и насыщенные водой пылеватые: маловлажные влажные насыщенные водой 600 500 400 300 300 200 150 1500 400 300 200 250 150 100
В. Пылевато-глинистые грунты (непросадочные) Коэффи- циент порис- Значения 7?0, кПа, при показателе текучести
тости А=° Q»’
э Супеси Суглинки Глины 0,5 0,7 0,5 0,7 1,0 0,5 0,6 0,8 1,1 300 . 250 ' 300 250 200 600 500 300 250 300 200 250 180 100 400 300 200 100
Примечание. Для пылевато-глинистых грунтов с промежуточными значениями е и
/£ допускается определять значения RQ интерполяцией, вначале по е-для значений I£=0
и 1 £=1, затем по Iмежду полученными значениями Яо Для /д=0 и /^=1.
46
водить расчет фундаментов по значениям условного расчетного сопро-
тивления Ro, приведенным в табл. 4.3.
Данными этой таблицы можно пользоваться для фундаментов с
шириной подошвы около 1 м и глубиной заложения приблизительно
2 м. Уточнение значения расчетного сопротивления на грунт основания
целесообразно производить по формуле (4.5). Однако СНиП разрешает
уточнять значения Ro по приближенным формулам прилож. 3 СНиП
2.02.01—83 с учетом ширины и глубины заложения подошвы фунда-
мента.
Глава 5
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ ПОДОШВЫ ФУНДАМЕНТА
5.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
В общем случае- при наличии в основании нескальных грунтов
ширину подошвы фундамента находят совместно с определением рас-
четного сопротивления грунта основания (см. 5.3 и 5.4). Иногда при-
ходится определять размеры подошвы при известном значении расчет-
ного сопротивления грунта основания R (см. 5.2). Такие случаи бы-
вают, когда значение R определяют по табл. 4.3; задано на основании
местного опыта строительства; найдено по формуле (4.5) для самого
узкого фундамента обособленной осадочными швами части здания.
Это значение принимают для остальных более широких фундаментов
с целью уменьшения неравномерностей осадок.
Известно, что при одинаковой интенсивности давления по подошве
более широкие фундаменты в случае однородной толщи грунтов полу-
чают большую осадку. Следовательно, при увеличении под этими фун-
даментами расчетного сопротивления грунта основания R будет уве-
личиваться неравномерность осадок между широкими и узкими фун-
даментами. Эту неравномерность можно несколько снизить, приняв
единое значение для всех фундаментов обособленной части сооружения,
отрезанной осадочными швами. Тогда значение R устанавливают для
узкого фундамента.
Особо приходится рассматривать случаи, когда в основании зале-
гает слой слабого грунта, обладающий меньшими значениями <рп и
£п, чем несущий слой (см. 5.5).
5.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ ПОДОШВЫ
ЦЕНТРАЛЬНО НАГРУЖЕННОГО ФУНДАМЕНТА
ПО ЗНАЧЕНИЮ РАСЧЕТНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ
Площадь подошвы центрально нагруженного фундамента
4ф = АГ0П/(/?—УсрпФ. (5.1)
где Non — расчетная нагрузка по II группе предельных состояний,
приложенная к обрезу фундамента (в уровне планировочной поверх-
ности земли), кН; R — расчетное сопротивление грунта основания,
47
кПа; уср и — средний удельный вес грунта и материала фундамента,
кН/м3, обычно принимаемый равным 20...23 кН/м3, а при наличии под-
вала над уступами — 1'6... 19 кН/м3; d — глубина заложения фунда-
мента, .считая от планировочной отметки около фундамента или пола
здания по грунту, м.
Ширину, м, прямоугольной подошвы фундамента находят из вы-
ражения ' ; '
С .z 5/Г (5.2>
где К„ — коэффициент отношения размеров большей стороны прямо-
угольной подошвы фундамента I к меньшей (ширине)
Кп = 1/Ь. (5.3)
При одинаковом выносе фундамента в стороны (рис. 5.1), что обес-
печивает минимальный расход материалов, размеры его подошвы оп-
ределяются по формулам:
& = к Л“ф + [0,5(ак-&к)р-0,5 (ак-Ь^ (5.4>
l = b + (aK-bK\ (5.5>
где ак и Ьк — соответственно больший и меньший размеры сечения-ко-
лонны или башмака, опирающегося на фундамент.
При расчете фундамента под колонну часто значением [0,5 (ак—
“&к)52 малостью пренебрегают. В условиях стесненного места форма
Рис. 5.1. Схема плана
фундамента при прямо-
угольной колонне
подошвы фундамента может быть сложной.
Центр тяжести площади подошвы фундамента
по возможности располагают в точке приложе-
ния равнодействующей всех сил, включая вес
фундамента и грунта над его уступами.
Ширина подошвы ленточного (непрерывного)'
фундамента под стену W X / ё
b = AZ011/(/?-TcpIId), ' (5.6)
где ЛГоП — расчетная нагрузка, приходящаяся
на 1 м длины фундамента, кН/м; 7? — расчет-
ное сопротивление грунта основания, кПа.
Если нагрузка определена на участке стены длиной /, то для опре-
деления NoU эту нагрузку делят на указанную длину. Найденные
размеры подошвы фундамента определяют с учетом принятой модуль-
ности и унификации элементов конструкций, конструируют и рассчи-
тывают фундамент на прочность (см. гл. 2 и 8). По принятым размерам
фундамента определяют его объем — расчетный вес а также
находят расчетный вес грунта над уступами фундамента из выражения
(5.7)
где у/ — коэффициент надежности по нагрузке, принимаемый равным
1 при расчете по II группе предельных состояний; /, Ь — принятые
размеры подошвы фундамента, м; у — удельный вес грунта обратной
засыпки, кН/м3.
48
5.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ШИРИНЫ ЛЕНТОЧНОГО ФУНДАМЕНТА
ОДНОВРЕМЕННО С РАСЧЕТНЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ
ГРУНТА ОСНОВАНИЯ
Поскольку расчетное сопротивление грунта основания R в том
числе зависит от ширины подошвы фундамента, можно составить два
уравнения с двумя неизвестными и решить их совместно. Это приводит
к достаточно громоздким формулам, которые можно несколько упро-
стить, составив графики или таблицы (Далматов и др., 1969).,Так как
ширину подошвы сборных ленточных фундаментов приходится округ-
лять вследствие модульности блоков-подушек до 0,2 и даже до 0,4 м,
то проще ее находить методом последовательного приближения, од-
новременно уточняя величину Это решение можно выполнить на
ЭВМ. Однако при расчете небольшого количества
фундаментов использовать ЭВМ не имеет смысла
из-за простоты решения, что видно из примера.
Пример 5Л. Определить ширину b подошвы
сборного ленточного фундамента под стену* и рас-
четное сопротивление грунта основания если
дано: d=2 м, db=0 (подвала нет), МоП=400
кН/м, грунт — глина в мягкопластичном состоя- I
Рис. 5.2. Разрез по
ленточному фунда-
менту под стену к
примеру 5.1
нии, обладающая характеристиками: <рп = 14°,
сп=41 кПа, Уп=Уп = 18,5 кН/м3.
Примем первое приближение применительно
к табл. 4.3
/?о=250 кПа. Тогда по формуле (5.6)
= 400/(250 — 20-2) ^2 м.
При ширине фундамента ^=2 по формуле (4.5) найдем R при kz=\.
Для этого установим по табл. 4.1 значения ус1=1,1, уса=1. Так как
<рп и сп найдены экспериментально, k=l. По табл. 4.2 определим Му=
=0,29, /И9=2,17, Л4с=4,69. При этих данных
«8 = -Ц^(0,29-1-2-18,5 + 2,17-2-18,5 + 4,69-41) = 312 кПа.
При этом значении R найдем
Ь2 = 400/(312-20-2) = 1,47 м.-
Ширина ближайших типовых блоков по ГОСТу 1,4 и 1,6 м. Примем
6=1,6, тогда окончательно
R = (0,29-1-1,6-18,5 + 2,17-2/18,5 + 4,69-41) = 309 кПа.
Конструируем фундамент (рис. 5.2). Тогда при убет=23’кН
Л/ф11 = (1,6-0,4+1,6-0,5) 1-23=1,44.23 = 33 кН;
Л^рп = (1,6 2-1 — 1,44) 1 -18,5 = 32,6 кН.
По формуле (4.2) найдем среднее давление по подошве фундамента
рп = (400 + 33 + 32,6)/( 1 1,6) = 291 кПа.
49
^ловие (4.1) удовлетворяется. Если принять Ь=1,4м, то было бы
п^енапряжение.
Добиться полного использования условия (4.1) можно путем уклад-
Kt| блоков-подушек с разрывами, т. е. путем устройства прерывистой
0<1душки (см. рис. 2.1, е).
Исходя из равенства площадей подошвы непрерывного ленточного
ФУндамента шириной Ь, найденной по формуле (5.6), и фундамента с
берывистой подушкой, можно найти допустимое расстояние между
боками-подушками из выражения
/₽ = /б[(ад-1], (5-8)
/б — размер блока-подушки по продольной оси фундамента, м;
— принятая ширина блока-подушки, м; b — требуемая ширина
Щдошвы фундамента по расчету, м.
Так как больше требующейся ширины непрерывного фундамен-
по расчету, расчетное сопротивление грунта основания будет не-
вольно больше. Это целесообразно учитывать для грунтов, обладаю-
щих углом днутреннего^трения более 20°.
5.4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ ПОДОШВЫ
ПРЯМОУГОЛЬНОГО ФУНДАМЕНТА ОДНОВРЕМЕННО
С РАСЧЕТНЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ ГРУНТА ОСНОВАНИЯ
При прямоугольной форме подошвы фундамента, как и при ленточ-
ных, задача сводится к решению двух уравнений с двумя неизвестными
и R. Это приводит к необходимости нахождения корней кубического
сравнения (Далматов и др., 1969). Однако вследствие того, что размеры
Подошвы принимают с учетом модульности и унификации опалубки, с
Меньшей затратой времени можно решить задачу методом последова-
тельного приближения. При этом для центрально нагруженных фун-
даментов и фундаментов внецентренно нагруженных, имеющих малую
величину эксцентриситета e^0,033Z>, стремятся принимать фундамен-
ты с одинаковым выносом подошвы во все стороны в соответствии с
формулами (5.4) и (5.5).
Для этого вначале задаются значением условного расчетного со-
противления грунта по табл. 4.3 и по формуле (5.1) находят Дф.
йная его, по формулам (5.4) и (5.5) определяют b и I для квадратной
формы подошвы
Ь=Г=/ЛФ,' (5.9)
Затем, приняв в первом приближении bY и 1Г в соответствии с при-
нятым модулем (обычно 0,1 м), находят приближенное первое значе-
ние давления по подошве фундаментов (кПа):
Pni = A^oiiWi) + Vcpd- (5-Ю)
При принятом bi определяют по формуле (4.5) значение 7?. Если
оно существенно больше (или меньше) рП1, то целесообразно умень-
шить (или увеличить) размеры подошвы. Эго изменение размеров надо
50
делать несколько меньше (больше) коэффициента
= (5.Н)
так как с уменьшением (увеличением) размера b соответственно не*
сколько изменится значение R. Обычно со второго раза pn^R. В ред-
ких случаях (чаще всего при песках) приходится производить еще одно
уточнение.
Когда заранее принимают Кп — соотношение между I и Ь, значение
b определяют по формуле (5.2), а /=/С,Д
При подборе размеров фундамента надо стремиться, чтобы расхож-
дение между ри и R было минимально (в пределах 5%).
Так как изложенные выше расчеты исходя из условия (4.1) явля-
ются расчетом по II группе предельных состояний, допускается пре-
вышение рп над R не более 5%, конечно, с последующей проверкой
величины осадки.
Пример 5.2. Найти необходимые размеры подошвы квадратного
фундамента и расчетное сопротивление грунта основания, если на
фундамент передается вертикальная нагрузка /УоП=2500 кН, глубина
заложения фундамента d—2 м, подвала нет (db=0). Грунтовые усло-
вия указаны в примере 5.1.
По табл. 4.3 примем ориентировочное значение 7?о=250 кПа. Тогда
по формуле (5.1) найдем первое приближение площади фундамента
Лф1 = 2500/(250—23-2) =12,25 м2,
откуда 12,25=3,5 м.
Теперь по формуле (4.5) найдем Т?2 при /Wv=0,29, /Wg=2,17,JHc=4,69
(см. табл. 4.2) и при ус2=1, Л=1, fez=l:
R, = -Ц^- (0,29 1 • 3,5 • 18,5 + 2,17• 2• 18,5 + 4,69• 41) = 320 кПа.
При полученном значении R2 площадь подошвы фундамента по (5.1)
Лфг = 2500/(320—232) = 9,12 м2;
/>2 = /2 = )/9J2 =3,02 мч
Принимаем 6=/=3 м. Тогда по (4.5)
R (0,г +1 -3-18,5 + 2,17-2-18,5 + 4,69-41) = 318 кПа,
что почти равнс R2. Перенапряжение, если определить ри, будет ме-
нее 2%. Фактическое перенапряжение можно установить после при-
нятия всех размеров фундамента по формуле (4.2).
5.5. ПРОВЕРКА ДОСТАТОЧНОСТИ РАЗМЕРОВ
ПОДОШВЫ ФУНДАМЕНТА ПРИ НАЛИЧИИ
ПОДСТИЛАЮЩЕГО СЛОЯ СЛАБОГО ГРУНТА
Когда в основании фундамента на некоторой глубине залегает слой
более слабого грунта с меньшими значениями <рп или сп, чем грунт
несущего слоя, для которого определены размеры подошвы фундамен-
51
Рис. 5.3. Расчетная ^схема
фундамента при наличии под-
стилающего слоя слабого
грунта:
./ — отметка планировочной по-
верхности земли; 2 — то же, при-
родной; 3 — несущий слой; 4 —
подстилающий слой слабого
грунта; 5 — эпюра дополнитель-
ной нагрузки $2 , передаваемой
фундаментом; 6 — эпюра давле-
ния собственного веса грунта о2^
та, приближенным расчетом выясняют возможность развития зон
пластических деформаций в пределах слоя слабого грунта. Для этого
находят на глубине z расчетное сопротивление слоя слабого грунта Rz
для условного фундамента, который как бы опирается на кровлю этого
слоя.
Напряжение az на рассматриваемой глубине z (рис. 5.3) равно
сумме напряжений, передаваемых на кровлю слоя слабого грунта от
загрузки фундамента czp и напряжения
от собственного веса грунта т. е.
<^ = <^ + %r (5-12)
При этом
= «(Рп ~ W J = (5-13)
^nz "S
0
где а — коэффициент изменения дополни-
тельного напряжения по глубине основа-
ния, учитывающий форму подошвы фунда-
мента (см. гл. 6, табл. 6.4); рп — давление
по подошве фундамента от расчетных наг-
рузок при расчете по II группе предельных
состояний, кПа; Тп — удельный вес грун-
та в пределах глубины Ди кН/м3; р0 —
дополнительное давление по подошве фун-
дамента сверх давления от собственного ве-
кПа; ъ л — удельный вес грунта i-ro слоя в
пределах глубины dnz, кН/м3. Остальные обозначения указаны на
рис. 5.3.
Площадь подошвы условного фундамента, м, определяют по
формуле
At = Nonl0,p. (5-15)
Зная Аъ, находят ширину, м, условного ленточно го фундамента
&у = Л2//, ' (5.16)
где I — длина участка ленточного фундамента, м, в пределах которого
действует нагрузка Л/о и.
При прямоугольной подошве фундамента
Ьу=КЛ2 + а2— а, (5.17)
4,
на
са
где а=0,5(/—Ь) — половина разности длины I и ширины b подошвы
прямоугольного фундамента, м.
Расчетное сопротивление слабого грунта для условного фундамен-
та
R; = -у- [МтМуТслп + м/iVn + (Mq —1) dbyii 4- MCCCJ1I[], (5.18)
S2
где ус — коэффициент условий работы, ус=1; k — коэффициент (й=1
при экспериментальном определении фслП и сслп и k—1,1 при опреде-
лении их по таблицам норм); А4Т, Mq,— коэффициенты, определяе-
мые по табл. 4.2 в зависимости от угла внутреннего трения слабого
грунта фслп; kz— коэффициент (при Ь^Ю м kz=l, при Ьу>10 м
kz=zolb—0,2, где z0=8 м); усл11 — удельный вес слабого грунта,
кН/м3; уп — средневзвешенный удельный вес грунтов в пределах глу-
бины dnz, кН/м3; ссл п — расчетное значение сцепления слабого грунта,
кПа. Остальные обозначения даны к формуле (4.5).
По полученному значению Rz проверяют условие
• (5.19)
Если это условие не удовлетворяется, то увеличивают размеры по-
дошвы фундамента. Задачу решают последовательным приближением.
Когда слой слабого грунта залегает на достаточно большой глубине,
может оказаться, что ozll<;7?z. Это свидетельствует, что в слое слабого
грунта не будут развиваться пластические деформации.
/ Пример 5.3. Произвести проверку достаточности размеров подошвы
фундамента 3x3Jm, рассчитанного в примере 5,2, если на глубине
2,4 м от подошвы фундамента и ниже залегает мощный слой суглинка,
находящегося в’текучепластичном состоянии и имеющего характерис-
тики фслП=12°, ссл1) —18 кПа, усл ц = 17,5 кН/м3, найденные экспери-
ментально. Согласно примеру/5.2, Уо11=2500 кН, d—2 м, уп—yZI1=
= 18,5 кН/м3, р11=324 кПа.
Для квадратной подошвы фундамента по табл. 6.4 при 2zlb=
=(2 • 2,4)/3.= 1,6 найдем <х=5?0,449, тогда по-формулаМ (5.13) и (5.14)
вычислим - ; '
0^ = 6,449(324—18,5-2)= 129 кПа;
<szg= 18,5-4,4 = 81,4 кПа.
Следовательно, по формуле (5.12) на кровлю слоя слабого грунта при-
ходится давление
о2П= 129 + 81,4 = 210 кПа. / 7
По формулам (5.15) и (5. Н>) найдем J. х
Лл = 2500/129= 19,38 м2;
/>у=7у = /19Д8=4,4 м.
Теперь по табл. 4.2 установим значения М^ = 1Г94, Мс—
=+42 и при kz=\ по формуле (5.18) определим ,
1 о J V+
^=-(0.23.1.4,4.12J+K94.4.4-18,5 + 4,42.18) = 255 кПа.
Поскольку ozii<Z?z, условие (5.19) удовлетворено. В противном случае
пришлось' бы увеличивать Подопру фундаментов до таких размеров,
при которых это условие было бы удовлетворено.
Г' I /
53
! 5.6. РАСЧЕТ РАЗМЕРОВ ПОДОШВЫ
ВНЕЦЕНТРЕННО НАГРУЖЕННОГО ФУНДАМЕНТА
Когда равнодействующая внешних сил какой-либо расчетной ком-
бинации нагружения не проходит через центр тяжести площади подош-
вы фундаменту (на фундамент действует момент или возможно разви-
тие подошвы фундамента из-за стесненности места только в одну сто-
рону и т. п.), размеры подошвы фундамента определяют как внецент-
ренно нагруженного элемента.
Расчет внецентренно нагруженного фундамента производят мето-
дом последовательного приближения. Ориентировочные значения рас-
четного сопротивления грунта основания и размеров подошвы фунда-
мента рекомендуется сначала определить как для фундамента централь-
но нагруженного по методике, изложенной выше.
Полученное значение площади подошвы обычно увеличивают на
10...20% и более в зависимости от эксцентриситета внешних сил.
Последовательным приближением добиваются удовлетворения сле-
дующих условий:
для среднего давления по подошве рп, определяемого по формуле
(4-2)
РпС«; (4.1)
для максимального краевоподавления при эксцентриситете отно-
сительно одной главной оси инерции подошвы фундамента
РтахП^1»2^?> (5.20),
для максимального давления под углом фундамента
Рп,ахп<1.5/?. (5.21)
Рекомендуется также не допускать отрыва подошвы фундамента
от грунта. Это достигается соблюдением условия
Рп.ип>0. (5.22)
f
В случае возникновения момента от кранов грузоподъемностью
^500 кН Промстройпроект [36] рекомендует выполнять условие
Pmin ц/Pmax II 0,25. (5.23)
Последние два условия могут не удовлетворяться при плотных
грунтах, когда исключено существенное развитие крена фундамента,
а также разжижения грунтов, испытывающих попеременно загрузку
и полную разгрузку под частью подошвы фундамента.
В общем случае, если момент действует относительно обеих главных
осей инерции (рис. 5.4), краевое давление
Ртах II = -Т~ ± —/ ± —у . > (О ^4)
min II * * ®
где А7П — вертикальная расчетная нагрузка в уровне подошвы фун-
дамента, кН; Лф — площадь.подошвы фундамента, м2; А4Х|1 и Л4уП —
моменты от данного сочетания расчетных нагрузок относительно соот-
54
ветствующих главных осей инерции площади подошвы фундамента,
кН.м; 1Х и 1у — моменты инерции площади подошвы фундамента
относительно осей х и у, м4. Остальные обозначения даны на рис. 5.4.
Значение Afn определяют по формуле
Л^ = ЛГ011 + ЛГфП + ЛГгр„, (5.25)
где No п — расчетная нагрузка в сечении на отметке поверхности грун-
та при расчете по II группе предельных состояний, кН; Мф п — рас-
четный вес фундамента, кН; Nrf п — рас-
четный вес грунта на уступах фундамента,
кН.
Когда равнодействующая приложена
в точке А прямоугольной площади по-
дошвы фундамента (рис. 5.4), формулу
(5.24) приводят к виду
N"f' . . (5.26)
Рис. 5.4. Схема подошвы и
эпюры'давления по краям по-
дошвы внецентренно нагру-
женного фундамента
Ртах II —
min II
Эксцентриситеты ех и еу определяют, м,
по формулам
ex = ^x\^vi « ev = MynlNu. (5.27)
Когда момент действует только относительно одной главной оси
инерции, формула (5.26) примет вид
п ( 1 1 & \
рта,хи ±Tr
mln II ф '
(5.28)
где е — эксцентриситет равнодействующей относительно центра
тяжести площади подошвы фундамента, м
е = Мп/Мп- (5.29)
I — размер подошвы фундамента (обычно больший) в плоскости дей-
ствия момента, м.
Проверку давления под краем или углом фундамента обычно про-
изводят для двух комбинаций загружения: для максимальной нормаль-
ной силы NmtK п с соответствующим ей Мп и максимального абсолют-
ного значения момента AfmaxI1 с соответствующей силой Nn. Надо
стремиться, чтобы от постоянных и длительных временных нагрузок
давление было по возможности равномерно распределено по подошве.
Для выравнивания давления по подошве делают фундамент несим-
метричным, смещая подошву (рис. 5.5) приблизительно на величину
се = fonax П + eminll)« (5.30)
где emax I, и emin п — максимальное и минимальное значения эксцент-
риситета с учетом их знаков при разных возможных комбинациях
нагрузок (например, мостовые краны с одной или другой стороны
колонны).
55
Рис. 5.5. Схема сме-
щения центра тя-
жести подошвы фун-
дамента
При большом значении эксцентриситета иногда целесообразно'
принять подошву фундамента вытянутой формы, но обычно 1/Ь не более
чем 3:1, сделать ее сложной конфигурации (таврового или двутавро-
вого сечения) или фундамент прикреплять к основанию вертикальными
анкерами с предварительным их напряжением. С целью уменьшения
количества попыток можно после первого опреде-
ления и Ртах п 1 найти площадь подошвы фун-
дамента
Д ___ ^П Ртах III /4411
ф2 Ц2Я1 Д -
где индекс 1 показывает, что в формулу входят
значения, полученные при предшествующем (пер-
вом) определении. Для Аф2 подбирают размеры Ь,
I и уточняют R по формуле (4.5).
После такого повторного расчета опять произ-
водят проверку условий (4.Г), (5.20) ... (5.23)
и в крайнем случае уточняют размеры по-
дошвы в пределах 10...20 см. Когда не требуется выполнять условие
(5.22) и равнодействующая сила выходит за пределы ядра сечения по-
дошвы фундамента, руководствуются дополнительно следующим. Если
равнодействующая проходит от наиболее нагруженного края подошвы
на расстоянии менее 0,25 размера подошвы в плоскости действия мо-
мента, то краевые и угловые давления можно определять по формулам
(5.24)...(5.28), т. е. без учета неполного опирания Ъодошвы. Это при
указанном ограничении уменьшает ршахП не более чем на 7%. При
большем отклонении равнодействующей, если нельзя добиться удовле-
творения этого условия, целесообразно отрывающийся край фунда-
мента заанкерить в основании^вертикальными анкерами с предвари-
тельным их натяжением. В таком случае равнодействующая суммиру-
ется с силой, равной сумме предварительного натяжения анкеров,
уменьшенной на коэффициент надежности по грунту.
Использование фундаментов с неполным опиранием подошвы до-
пускается в исключительных случаях (например, от монтажных нагру-
зок или при особом сочетании нагрузок). Заанкеренные фундаменты с
учетом сил предварительного натяжения анкеров, как правило, не
должны иметь отрыва подошвы от грунта.
После удовлетворения условий (5.20)...(5.23) производят расчет
осадки и поворота фундамента и расчет по несущей способности (см.
1.1 и гл. 7).
Пример 5.4. Определить необходимые размеры подошвы фундамента
и расчетное сопротивление грунта основания R, если к фундаменту при-
ложена вертикальная сила No н=2500 кН и момент А40 п=2000 кН-м,
действующий в обоих направлениях; глубина заложения фундамента
d=2 м; подвала нет; грунтовые условия указаны в примере 5.1.
Поскольку момент создаст значительный эксцентриситет е=
—2000/2500=0,8 м, целесообразно принять вытянутую прямоугольную
форму подошвы фундамента. Примем /<п=//6=1,5.
В первом приближении рассчитаем этот фундамент как центрально
нагруженный. Тогда для заданных грунтовых условий в примере 5.2
найдена площадь подошвы фундамента Лф при нагрузке jVoH=2500 кН,
равная 9,12 м2. Учитывая, что на фундамент действует еще момент
7Ио11=2000 кН-м, увеличим Лф на 20%, тогда ориентировочно примем
Лф = 11 м2 с соотношением сторонг /СГ1*=//& = 1,5. Первое приближение
размеров подошвы фундамента по формуле (5.2)
= /'11/1,5 =2,7 м;
/, = 2,7-1,5 = 4,0 м.
Для Ь1=2,7 м определяем расчетное сопротивление грунта основания
подформуле (4.5) при ранее найденных Л4т=0,29, Mq—2,17, /ИС=4,69,
Vc/=1,1, Тс?М» &=1 (/ см- пример 5.2):
R 2,7-18,5+ 2,17-2-18,5 +4,69-41) = 316 кПа.
Допустимое краевое давление
1,2/?= 1,2.316 = 379 кПа.
Произведем проверку условий (4.1) и (5.20)...(5.22). Найдем давление
под подошвой по формуле (4.4)
/>„ = 2500/(2,7-4,0)+ 22-2 = 275 кПа <316 кПа.
N
Нагрузка в плоскости ^дршвы ft ,
JV„ = 2500 2,7-4,0 -22-2 = 2975 кН.
Тогда эксцентриситет *-
е = 2000/2975 = 0,67 м.
По формуле (5.28) найдем
Ртах И = ( 1 + ) = 552 КПа > 379. КПЭ •
Кроме того, нетрудно убедиться, что рш,п11«0.
Поскольку момент действует в обоих направлениях, фундамент
сделать несимметричным нельзя. Надо либо увеличить площадь по-
дошвы, либо еще больше вытянуть по направлению /. Оставив отноше-
ние ///>=1,5, найдем по формуле (5г31) площадь подошвы фундамента
(вторая попытка):
. 2975 552 _. о .
316 1,2-316 3,79 М ’
Ь = К13,70/1,5 = 3,02 м.
Примем />=3 м, 1=1,5-3=4,5 м.
Тогда
^, = 2500 + 3-4,5 22-2 = 3094 кН;
6 = 2000/3094 = 0,65 м;
Ртах п = Т175- ( 1 + ^ХГ ) = 428 кПа > 379 кПа-
57
Перенапряжение на 13%. Увеличим площадь подошвы на 15%,
тогда Лф=3-4,5-1,15=15,52 м2.
Примем 5=3,2 м, /=4,8м, Лф=15,36м2,
#„ = 2500 + 3,2.4,8.22-2 = 3176 кН;
<? = 2000/3176 = 0,63 м;
Ртах п = ( 1 + = 370 < 379 кПа;
3176 /. 6-0,63 \ .. „
Pminn— 3(2-4,8 (1 4,8 К^а.
Отрыва подошвы нет.
Проверяем расчетное сопротив аие грунта при 5=3,2 м:
Я=^Ц-5- (0,29-1-3,2.18,5 + 2,17-2-18,5 + +69-41) = 319 кПа.
Полученное значение R отличается от ранее найденного на 1%, по
этому это практически не отразится на принятых значениях b и I
Для грунтов с углом внутреннего трения более 24° обычно приходится
уточнять размеры фундамента в связи с существенным изменением R.
Пример 5.5. Определить размеры подошвы фундамента и расчет-
ное сопротивление грунта основания, если d=2 м, db=0 (подвала нет),
песок плотный средней крупности, у„=Тп=20 кН/м8, ф„=40°,
с„=3 кПа, фундамент имеет две расчетные комбинации загружения
#о1„=2500 кН, Мо’1п=+1500 кН-м и No g „=2200 кН, Мо2„=
=—150 кН? м. Нагрузка, в том числе от мостовых кранов, средней
грузоподъемности. Примем по табл. 4.3 J?i=500 кПа, тогда 1,2/?х=
=600 кПа. По формулам (5.1) и (5.2) найдем площадь Лф и размеры
подошвьг5 и I, приняв усрп=22кН/м3 и #п=//5=1,5:
Лф = 2500/(500-22-2) = 5,48 м2;
5 = )/5,48/1,5 =1,91 м. ;
Примем 5=2 м, /=3 м.
По формуле (4.5) расчетное сопротивление грунта основания при
значениях по табл. 4.2 Л4Т=2,46, Л4?= 10,84, /Ис=11,73 и при ус1=1,4,
Тс2=1»2 (по табл. 4.1), k=\ и Л2=1 получим
R2 = -l,4f1’2 (2,46-1-2-20+10,84-2-20+11,73-3) = 953 кПа.
Учитывая, что уменьшение ширины подошвы приведет к уменьшению
R, примем 7?2=800 кПа, тогда по (5.1) и (5.2) Лф=2500/(800—22-2) =
=3,31 м2.
Увеличим Лфна 20% вследствие эксцентрично приложенной нагрузки.
Тогда
5 = /3,31-1,2/1,5 = 1,63 м.
Примем 5= 1,6 м, /=1,6-1,5=2,4 м.
58
Найдем при £>=1,6 м и /=2,4 м значения Л/1П и Л/2П и эксцентриситеты:
Л\п = 2500+1,6-2,4-22-2 = 2669 кН;
1У2П = 2200+1,6-2,4-22-2 = 2369 кН;
= 1500/2669 = 0,56 м; е2 = —150/2369 = —0,06 м.
Сместим центр тяжести подошвы фундамента согласно формуле (5.30)
на се=(0,56—0,06)/2=0,25 м.
Тогда 61=0,56—0,25=0,31 м; е2=—0,06—0,25=—0,31 м.
По формуле (5.28) найдем
2669 /, , 6-0,31 \ 1OQA п
Ртахш 1,6-2,4 \ 2,4 J 1230 кПа,
что больше значения 1,27? = 1,2-953=1140 кПа. Поэтому примем
6=1,7 м, /=1,5-1,7«2,6 м.
В таком случае приблизительно JVln=2700 кН, Af2II=2400 кН
эксцентриситеты практически останутся без изменения. Тогда по (5.28
2700 /, . 6-0,31 \ 1Л.С гт .
Ртахтп 1,7-2,6 \ ~^ 2,6 ) 1048 кПа,
2400 (. . 6 0,31 \ ПО1 гг
Pmaxaii--1,7-2,6 \ 2,6 / —931 кПа-
Определяем R по формуле (4.5)
7? (2,46-1.1,7-20+10,84-2-20+11,73-3) = 928 кПа;
1,27?= 1,2-928= 1114 кПа, что больше ртах1П;
Anin 1 п 1,7-2,6 \ ' 2,6 } кПа,
Рт1п1 11 = -,°7Д^4 = 0,166 > 0, что допустимо.
Pmaxlll 1.048 J
5.7. РАСЧЕТ РАЗМЕРОВ’ПОДОШВЫ ФУНДАМЕНТА
ПРИ НАЛИЧИИ ПОДВАЛА
При наличии подвала ленточный фундамент наружных стен вос-
принимает от обратной засыпки грунта давление (рис. 5.6). Его опре-
деляют по формулам активного давления грунта на подпорные стенки
с.учетом сцепления. Однако при малой высоте этих стенок (1,5...4 м)
и выполнении обратной засыпки за пазуху фундамента грунтом на-
рушенной структуры обычно ограничиваются приближенным расче-
том. В этом случае для связных грунтов в расчетные формулы вво-
дят не угол внутреннего трения, а ориентировочное значение услов-
ного угла сопротивления грунта сдвигу ф. Его значение можно прини-
мать в зависимости от степени влажности (водонасыщенности) и плот-
ности пылевато-глинистого грунта в следующих пределах:
а) для насыщенного водой или влажного при пористости е<0,4,
а также маловлажного при значениях е<0,9—40...45°;
б) для насыщенного водой при 0,4^е^0,6, а также влажного при
е>0,4—3O...350;
59
Рис. 5.6. Расчетная схема лен-
точного фундамента под стену
при наличии подвала
в) для насыщенного водой при ^0,6—20...25°.
Для подвалов глубже 3 м и песков расчет ведут по углу внутренне-
го трения.
При вычислении давления грунта на подпорную стенку подвала
учитывают временную нагрузку на поверхности грунта 7=10 кН/м2.
Эту распределенную нагрузку обычно заменяют фиктивным слоем
грунта йпр=0,6 м. Гидростатическое
давление учитывают, когда оно пере-
дается слою гидроизоляции.
Если надподвальное перекрытие ус-
траивают до засыпки грунта за пазуху
фундамента, то приближенная расчетная
схема может быть принята согласно рис.
5.6. Тогда момент, кНм, на 1 м длины
фундамента в плоскости подошвы при-
близительно будет равен
(5.32)
где р3 — интенсивность давления грун-
та на подпорную стенку на отметке по-
дошвы фундамента, кПа, [определяемая
из выражения
рз = KiL tg2 (45°—фсрП/2); .•
(5.33)
L и е — указаны на рис. 5.6 в м; п — нагрузка в плоскости обреза
фундамента на 1 м длины стены, кН; — эксцентриситет нагрузки в
плоскости надподвального перекрытия, м; п — вес грунта на ус-
тупах фундамента, неуравновешенный с противоположной стороны
фундамента, кН; уц — удельный вес грунта обратной засыпки, кН/м3;
L — высота подпорной стенки с учетом фиктивного слоя, м:
= d-\- hnp = d-г 0,6;
фср п — среднее значение угла сдвига, зависящего от ср и с обратной
засыпки.
В тех случаях, когда обратную засыпку за пазухи фундамента
производят до устройства надподвального перекрытия, давление грун-
та полностью воспринимается как свободно стоящей подпорной стенкой.
Зная Л1лп» размеры подошвы проверяют как для внецентренно
нагруженного фундамента.
При ширине подошвы менее 1 м или при наличии слоя мягкой гид-
роизоляции в нижней части фундамента заделку в плоскости подошвы
не учитывают. Устойчивость фундамента на сдвиг обеспечивают уст-
ройством бетонного пола.
Когда фундамент заглублен относительно пола подвала на 1 м и
более, дополнительно учитывается активное давление грунта на ниж-
нюю часть фундамента с подвальной стороны.
Пример 5.6. Определить ширину подошвы фундамента здания
с подвалом, если дано (рис. 5.7): йх = 1 м, й2=1,3 м, h3= 1,1 м, йпр =
60
=0,6 м, 5с=0,5 м, yln = 17 кН/м’, у2 „=20 кН/м’, у3 „=16 кН/м3,
Ч’ср ц=30°, L=4 м, Л/о „=260 кН/м, ео=О (см. рис. 5.6). В основании
залегает супесь с характеристиками у4П=20 кН/м3, <р411=23°, с., „ =
=6 кПа, найденными экспериментально.
Вычисляем средневзвешенный удельный вес грунта в пределах
глубины d по (4.6)
17-1,0-|-20:1,3+16-1,1 .,Q ,
ТП=------1,0+1,3~+1,1 =17’8 КН/М :
d= 1,0+ 1,3+ 1,1 = 3,4 м.
Определим в первом приближении ширину подошвы как для цент-
рально нагруженного фундамента по
по табл. 4.3 R =250 кПа и с учетом
подвала уср „ = 16 кН/м3. Тогда Ь=
= 260/(250—16-3,4) = 1,33 м.
По табл. 2.2jпримем ближайшее
большее значение для сборных бло-
ков 5=1,4 м. По формуле (4.5) при
Tci=l,l, Ус2=1> &=1, kz=\ и Alv=
=0,66, /Йв=3,62, Л1с=6,24 (потабл.
4.1 и 4.2) и при db=2,8 м найдем
R = -Ц^ [0,66-1 • 1,4-20+ 3,62-0,6х
Х17,8 + (3,62— 1).2,8.17,8 + 6,24 х
Хб] = 248 кПа.
(5.6), приняв ориентировочно
Рис. 5.7. Расчетная схема фунда-
мента к примеру 5.6.
Определим давление на подпорную стенку у подошвы
р8„ = 17,8 (3,4 + 0,6) tg* (45°—30/2) = 23,7 кПа.
Тепер > определим усилия, действующие в плоскости подошвы фунда-
мента:
•Л/ф„ = (0,5-2,8 + 0,6-1,6) 1-23 = 51,5 кН; MrpII = (d—dj^x
х 1 (5—5С)/2 = (3,4—0,6) 17,8-1 (1,4—0,5)/2 = 22,4 кН.
Момент с учетом давления, приложенного к поверхности грунта,
найдем по формуле (5.32) при ей=0:
Мп = 23,7(3 4+0,6)* _22 4.0,47= 14,8 кН-м.
11 10
По формуле (5.28) определим ртахП, если
. Мп = 260+ 51,5+ 22,4 = 334 кН;
6=14,8/334 = 0,044 м;
334 , 6-0,044 \ ос. „п
Ртах II— 1,4.1,0 \ 1,4 / КПа,
1,2/?= 1,2-248 = 298, что больше pmaxI1;
Рсрп~ 1д. 1 = 239 < 248 кПа; pmin „> 0.
Следовательно, условия (4.1), (5.20) и (5.22) удовлетворены.
61
Глава 6
РАСЧЕТ ОСНОВАНИЙ ПО ДЕФОРМАЦИЯМ
6.1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Расчет оснований, сложенных нескальными грунтами, по деформа-
циям (по осадкам и их неравномерностям) является основным. СНиП
2.02.01—83 считают, что условия, ограничивающие деформации, вы-
полнены, если: допускается определять размеры подошвы фундамен-
тов по величине расчетного сопротивления грунта основания /?0,
принимаемого по табл. 4.3, или возводятся сооружения, указанные в
табл. 6.1, на основании, имеющем в пределах сжимаемой толщи грун-
ты, перечисленные в табл. 6.1, и удовлетворено условие (4.1). При
этом слои грунтов должны иметь горизонтальное залегание с уклонами
границ между слоями не более 0,1, а ширина фундаментов отдельного
сооружения отличается друг от друга не более чем в 2 раза.
В остальных случаях рассчитывают осадки фундаментов и учиты-
вают их неравномерности.
Простейшими видами деформации оснований сооружений являются
(рис. 6.1): прогиб (а); выгиб (б); перекос (в, г); крен фундамента (д)
или сооружения (г); скручивание (ж)\ горизонтальные перемещения
фундаментов или сооружения в целом. Перемещения фундаментов, а
Таблица 6.1. Виды зданий и грунтов, для которых ^основамия можно
.рассчитывать по условию (4.1) без проверки осадки (по СНиП 2.02.01—83)
Виды зданий Варианты грунтовых условий
Производственные
1. Одноэтажные с несущими конструк-
циями, малочувствительными к неравно-
мерным осадкам (например, стальной или
.железобетонный каркас на отдельных
фундаментах при шарнирном опирании
-ферм, ригелей и т. п.) и с мостовым кра-
ном грузоподъемностью до 500 кН вклю-
чительно
2. Многоэтажные до 6 этажей включи-
тельно с сеткой колонн не более 6x9 м
Жилые и общественные
1. Прямоугольной формы в плане без
перепадов по высоте с полным каркасом
и бескаркасные с несущими стенами из
кирпича, крупных блоков или панелей:
протяженные многосекционные высотой
до 9 этажей включительно;
неблокированные башенного типа вы-
сотой до 14 этажей включительно
1. Крупнробломочные грунты при
содержании песчаного J заполнителя
менее 40% и глинистого менее 30%
2. Пески любой крупности, кроме
пылеватых, плотные и средней плот-
ности
3. Пески любой крупности только
плотные
4. Пески любой крупности только
средней плотности при коэффициенте
пористости е<0,65
5. Супеси при е<0,65, суглинки
при е<0,85 и глины при е =<0,95,
если диапазон изменения коэффици-
ента пористости . этих грунтов на
площадке не превышает 0,2
6. Пески, кроме пылеватых, при
е<0,7 в сочетании с пылевато-гли-
нистыми грунтами моренного проис-
хождения при е<0,5 и /д<0,5 неза-
висимо от порядка их залегания
Примечание. Табл. 6.1 не распространяется на здания с нагрузками на полы по
грунту более 20 кН/м2.
♦62
также сооружений характеризуются абсолютными смещениями (осад-
ками и др.), средними значениями и неравномерностью осадок (смеще-
ний).
Абсолютные осадки s рассматривают для отдельных фундаментов.
Максимальную величину абсолютной осадки определяют, исходя из
наиболее неблагоприятных грунтовых условий для рассматриваемой
группы фундаментов.
Среднюю осадку s вычисляют как средневзвешенное значение аб-
солютных осадок фундаментов, имеющих* взаимосвязанную надземную
конструкцию, по формуле
^1^ф1 Ч"82Лф2+ ’ • • + 5п^фп . .
«^фх + ^фзЧ-• • •+^фл 9
где$ь s2, ...,sn— абсолютные осадки разнотипных отдельных фунда-
ментов или лент; Дф1, Лф2, •••> 4фп—суммарные площади подошвы соот-
ветствующих групп фунда-
ментов, имеющих одинако-
вые размеры, напластова-
ния грунтов в основании
и одинаковое влияние за-
гружения соседних фун-
даментов.
При одном типе фунда-
ментов s находят по осад-
кам минимум трех фунда-
ментов, имеющих в осно-
вании неодинаковое на-
пластование грунтов или
различное влияние загру-
жения|. соседних фундамен-
тов или площадей; для
сплошных фундаментов — по данным не менее чем трех буровых ко-
лонок.
Величины s и s, установленные расчетом, не должны превышать
предельных значений, т. е.
(б-2)’
где su и su — предельные значения соответственно абсолютных и сред-
них осадок (табл. 6.2).
Предельное состояние по условиям (6.2) определяют, если основа-
ние сложено приблизительно горизонтально залегающими слоями од-
нородных грунтов, сжимаемость которых с глубиной не увеличивается.
Когда расчет производят по условиям (6.2), часто (при однородном на-
пластовании грунтов) достаточно рассчитать осадку одного наиболее
нагруженного фундамента. Если найденное значение осадки этого фун-
дамента _с учетом загружения соседних фундаментов и площадей будет
меньше su, следовательно, и средняя осадка сооружения будет меньше
этой величины.
Рис. 6.1. Формы деформаций сооружений
6J
Таблица 6.2. Предельные деформации оснований (по СНиП 2.02.01—83)
Наименования сооружений Относительная неравномер- ность осадок О). Крен iu Средняя осадка sa, см Макси- мальная абсолют- ная осадка 5ц, см
1. Производственные и граждан- ские . одноэтажные и многоэтажные здания с полным каркасом: 0,002
железобетонным — — 8
стальным 0,004 — — 12
2. Здания и сооружения, в конст- рукциях которых не возникают уси- лия от неравномерных осадок 3. Многоэтажные бескаркасные зда- ния с несущими стенами из: 0,006 15
крупных панелей 0,0016 0,005 10 —
крупных блоков или кирпичной кладки без армирования 0,002 0,005 10 —
то же, с армированием, в том числе с устройством железобетон- ных поясов 4. Сооружения элеваторов из же- лезобетонных конструкций: 0,0024 0,005 15
рабочее здание и силосный кор- пус монолитной конструкции на одной фундаментной плите 0,003 40 —
то же, сборной конструкции — 0,003 30 —
отдельно стоящий силосный кор- пус монолитной конструкции — 0,004 40 —
то же, сборной конструкции — 0,004 30 —
отдельно стоящее рабочее здание 5. Дымовые трубы высотой, м: — 0,004 25 —
//<100 — 0,005 40 —
100<// < 200 — 1/2// 30 —
200 <//<300 1/2// 20 ——
Н >300 1/2// 10 —
6. Жесткие сооружения высотой до 100 м, кроме указанных в пп. 4 и 5 — 0,004 20 —
Примечания: I. Предельные значения относительного прогиба (выгиба) зданий, ука-
занных в п. 3, принимают равными половине указанных предельных неравномерностей оса-
док. 2. Если основание сложено горизонтальными (с уклоном не более 0,1), выдержанными
•По толщине слоями грунтов, предельные значения максимальных и средних осадок допус-
кается увеличивать на 20%. 3- Для сооружений, перечисленных в пп. 1. . . 3, с фундаментами
в виде сплошных плит предельные значения средних осадок допускается увеличивать в 1,5
раза.
Расчет по условиям (6.2) являются упрощенным. Основным рас-
четом оснований по деформациям является расчет по относительной
неравномерности осадки
(As/L) (As/L)0 или t iu, (6.3)
где (As/L)u и iu—предельные соответственно относительная нерав-
номерность осадок и крен, определяемые по табл. 6.2.
Относительная неравномерность осадок .обычно характеризуется
«4
перекосом, относительным прогибом или выгибом, креном попереч-
ным или продольным (см. рис. 6.1).
Относительный прогиб и выгиб характеризуют стрелой прогиба
(выгиба) (рис. 6.1, а, б), отнесенной к длине изгибаемого участка сте-
ны. Эта форма деформации рассматривается, когда конструкции здания
способны оказывать сопротивление изгибу.
Перекос (рис. 6.1, в, г) находят по максимальной разности двух
соседних фундаментов, отнесенной к расстоянию между их осями, если
обеспечивается сохранение вертикального положения конструкций
(колонн, стен).
Различают крем фундамента (рис. 6.1, д) к сооружения (рис. 6.1, е).
В первом случае крен определяется тангенсом угла поворота подошвы
фундамента, во втором — отношением разности осадок крайних фун-
даментов к расстоянию между осями жестко завязанных опор.
Скручивание (рис. 6.1, ж) обычно наблюдается при длинных соору-
жениях, когда их поперечный крен по длине неодинаков и тем более
когда он развивается в разные стороны.
Горизонтальные смещения могут происходить при оползнях (в
начальный период их образования), подземных выработках, откопке
котлованов около существующих загруженных фундаментов.
Для сооружений, не указанных в табл. 6.2, расчетом или по опыту
эксплуатации устанавливают предельное значение неравномерности
деформации основания. Это делают, исходя из влияния деформаций
основания на напряженное состояние конструкций и условия эксплуа-
тации сооружений и связанных с ними устройств, т. е.. на основе оцен-
ки совместной работы конструкций сооружения с основанием. Иногда
учитывают развитие деформаций оснований во времени и, в частности,
раздельно для периодов строительства и эксплуатации сооружений.
Расчет осадок во времени рассмотрен в 6.14.
При определении осадок фундаментов часто необходимо учитывать
влияние загружения соседних фундаментов или поверхности грунта
около рассчитываемого фундамента (подсыпкой территории, насыпя-
ми, навалом руды и различных материалов и т. п.). В этом случае
важно установить загасание деформаций грунтов основания во вре-
мени.
При сильносжимаемых грунтах на осадку фундаментов иногда
оказывает влияние понижение уровня подземных вод (снятие взвеши-
вающего действия воды). При таких грунтах целесообразно учитывать
это, а также уменьшение осадки за счет разгрузки основания устрой-
ством подвальных помещений.
Когда возводят сооружение, фундаменты которого загружаются
неодновременно, важно находить неравномерность осадок фундамен-
тов с учетом фактора времени.
6.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ В МАССИВЕ ГРУНТА
ПРИ ДЕЙСТВИИ СОСРЕДОТОЧЕННЫХ СИЛ
При определении напряжений в массиве грунта СНиП 2.02.01-83
допускают использовать решения теории упругости. Это возможно при
следующих условиях: грунт считается линейно деформируемым телом
3 Зак. 562
65
Рис. 6.2. Схемы действия сосредоточенной
силы (а) и распределенной нагрузки (б)
при напряжениях менее расчетного сопротивления грунта основания
грунт принимается условно сплошным телом, следовательно, в нем
определяют средние напряжения в рассматриваемой точке; грунт счи-
тается изотропным телом; напряжения рассматривают в условиях ста-
билизации напряженно-Деформированного состояния; грунт испыты-
вает одноразовое загружение.
При этих условиях нормальные вертикальные напряжения azp
на глубине г при действии сосредоточенной вертикальной силы F,
приложенной в точке к поверх-
ности полупространства (задача
Буссинеска), находят из выра-
жения
aip = KFlz\ (6.4)
где К — коэффициент, завися-
щий от отношения r/z, где г —
расстояние рассматриваемой точ-
ки до оси s, проходящей через
точку приложения силы F (рис.
6.2, а). Значение К определяют
по табл.6.3.
Вследствие линейной зависимости между напряжениями и деформа-
циями в случае действия нескольких вертикальных сосредоточенных
сил, приложенных к поверхности линейно-деформируемого полупрост-
Таблица 6.3. Значения коэффициента К при различных отношениях r/z
r/z К Г/2 К | г/г d r/z К
0,00 0,4775 0,50 0,2733 1,00 « 0,0844 • 1,5 0,0251
0,05 0,4745 0,55 0,2466 1,05 0,0744 1,6 0,0200
0,10 0,4657 0,60 0,2214 1,10 0,0658 1,7 0,0160
0,15 0,4516 0,65 0,1978 1,15 0,0581 1,8 0,0129
0,20 0,4329 0,70 0,1762 1,20 0,0513 1,9 0,0105
0,25 0,4103 0,75 0,1565 1,25 0,0454 2,0 0,0085
0,30 0,3849 0,80 0,1386 1,30 0,0402 2,5 0,0034
0,35 0,3577 0,85 0,1226 1,35 0,0357 3,0 0,0015
0,40 0,3294 0.90 0,1083 1,40 0,0317 4,0 0,0004
0,45 0,3011 0,95 0,0956 1,45 0,0282 5,0 0,0001
ранства, вертикальное нормальное напряжение <jzP, руководствуясь
формулой (6.4), можно найти суммированием. Тогда
п
°zP = ^LK{Ft, (6.5)
• t=i
где z — координата точки М, в которой определяют напряжение
atp, п—число сосредоточенных сил Fz-, Ki — коэффициент, зависящий
от отношения rf/z, где ц — расстояние между точкой М и вертикалью
линии действия силы Ft.
66
По формуле (6.5) можно находить приближенное значение ozp
от действия любой распределенной нагрузки в любой точке М напря-
женного полупространства. В таком случае загруженную площадь
разбивают на небольшие площадки (рис. 6.2, б). Нагрузку, действую-
щую на каждую площадку, заменяют сосредоточенной силой Ft, при-
ложенной в центре тяжести нагрузки этой площадки. Если больший
размер отдельной площадки будет меньше одной трети расстояния от
точки М до точки приложения силы Г,, то погрешность будет мень-
ше 3%.
6.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕРТИКАЛЬНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ
ПРИ ДЕЙСТВИИ РАВНОМЕРНО РАСПРЕДЕЛЕННОЙ НАГРУЗКИ
Если равномерно загруженную прямоугольную площадь давлением
р, кПа, разбить на бесконечно малые площадки и проинтегрировать,
то в точках, расположенных под центром загружения О, т. е. по оси
z (рис. 6.3), напряжение о2Р, кПа, можно нахо-
ПТПИ±
дить по формуле
,(6.6)
где а — коэффициент, зависящий от отношений
7/&=Кп и 2z!b=m и принимаемый по табл. 6.4. "i
При промежуточных значениях т и /<п значение
а определяют интерполяцией.
Результаты такого же интегрирования позво-
ляют находить ozp под угловой точкой М' по
формуле
°гр — 0,25ар,
(6-7)
Рис. 6.3. Схема при-
ложения равномер-
но распределенной
где а обусловлен отношениями Ка=ИЬ и tn'—zlb. ру
Пример 6.1. Найти значение о2Р на глубине 1,6 м под центром за-
гружения и под угловой точкой при действии равномерно распределен-
ной нагрузки р—200 кПа в пределах площади размером 2x4 м. Опре-
делим Кп=ИЬ=4/2=2 и /п=2а/Ь=2-1,6/2= 1,6. Тогда по табл. 6.4
а=0,593. По формуле (6.6) найдем под центром загружения
с„ = 0,593.200-119 кПа.
Определим zn'=z/b=l,6/2=0,8. В таком случае по формуле (6.7)
найдем под каждой угловой точкой на глубине 1,6 м напряжение
<т/л = 0,25.0,870 .200 = 43,5 кПа.
Формула (6.7) позволяет определять напряжение о2Р в любой точ-
ке полупространства от действия равномерно распределенной нагрузки
в пределах прямоугольника. Действительно, любую точку М на глу-
бине z можно представить, что она лежит на вертикали, проходящей
через угловые точки четырех прямоугольных площадей загружения.
Ее вертикальной проекцией является точка ЛГ.
Методом угловых точек рассматривают четыре случая положения
точки М и М' (рис. 6.4).
3* Зак. 562
67
. Таблица 6.4. Значения коэффициента а
ie енты Прямоугольные фундаменты с отгошением сторон КП=1'Ь
S . ?
S * Н се
X 1 1.4 1,6 1.8 2 2,4 3,2 5
0,0 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000
0,4 0,8 0,949 0,756 0,960 0,800 W 0,974 0,859 0,975 0,866 0,976 0,870 0,976 0,876 0,977 0,879 0,977 0,881 0,977 0,881
1,2 0,547' 0'606 0,652 0,682 0,703 0,717 0,727 0,740 0,749 0,754 0,755
1,6 0,390 0,449 рлэб ж О', 414 0,558 0,578 0,593 0,612 0,630 0,639 0,642
2,0 0,285 0,336 0,379 0,441 0,463 0,481 0,505 0,529 0,545 0,550
2,4 0,214 0^257 0,294 0,325 0,352 0,374 0,392 0,419 0,449 0,470 0,477
2,8 0,165 0,201 0,232 0,260 0,284 0,304 0,321 0,350 0,383 0,410 0,420
”3,2. 0,130 0,160 0,187 0,210 0,232 0,251 0,267 0,294 0,329 0,360 0,374
3,6 0,106 0,130 0,153 0,173 0,192 0,209 0,224 0,250 0,285 0,320 0,337
4,0 0,087 0,108 0,127 0,145 0,161 0,176 0,190 0,214 0,248 0,285 0,300
4,4 0,073 0,091 0,107 0,122 0,137 0,160 0,163 0,185 0,218 0,256 0,280
4,8 0,062 0,077 0,092 0,105 0,118 0,130 0,141 0,161 0,192 О‘,23О 0,258
5,2 0,053 0,066 0,079* 0,091 0,102 0,112 0,123 0,141 0,170 0,208 0,239
5,6 0,046 0,058 0,069 0,079 0,089 0,099 0,108 0,124 0,152 0,189 0,223
6,0 0,040 0,051 0,060 0,070 0,078 0,087 0,095 0,110 0,136 0,172 0,208
6,4 0,036 0,045 0,053 0,062 0,070 0,077 0,085 0,098 0,122 0,158 0,196
6,8 0,032 0,040 0,048 0,055 0,062 0,069 0,076 0,088 0,110 0,144 0,184
7,2 0,028 0,036 0,042 0,049 0,056 0,062 0,068 0,080 0,100 0,133 0,175
7,6 0,024 0,032 0,038 0,044 0,050 0,056 0,062 0,072 0,091 0,123 0,166
8,0 0,022 0,029 0,035 0,040 0,046 0,051 0,056 0,066 0,084 0,113 0,158
8,4 0,021 0,026 0,032 0,037 0,042 0,046 0,051 0,060 0,077 0,105 0,150
8,8 0,019 0,024 0,029 0,034 0,038 0,042 0,047 0,055 0,070 0,098 0,144
9,2 0,018 0,022 0,026 0,031 0,035 0,039 0,043 0,051 0,065 0,091 0,137
9,6 0,016 0,020 0,024 0,028 0,032 0,036 0,040 0,047 0,060 0,085 0,132
10 0,015 0,019 0,022 0,026 0,030 0,033 0,037 0,044 0.056 0,079 0,126
11 0,011 0,017’ 0,020 0,023 0,027 0,029 0,033 0,040 0,050 0,071 0,П4
12 0,009 0,015 0,018 0,020 0,024 0,026 0,028 0,034 0,044 0,060 0,104
1. Точка М' находится внутри контура прямоугольной площади
загружения (рис. 6.4, а). Тогда
o//, = 0,25(a1 + a„ + aIII + aIV)/>, (6.8а)
У
где индексы'I, II, III, IV указывают номера площадей загружения,
для которых, определяют коэффициент ti.
2. Точка АГ расположена на контуре прямоугольной площади за-
гружения (рис. 6.4, б)
ozp = 0,25(a1 + aII)p. , (6.86)
3. Точка М' находится против одной из сторон вне контура загру-
женного прямоугольника abed (рис. 6.4, в)
<згр = 0,25 (о^—ац + ain—arv) р. (6.8в)
68
Коэффициенты dn и aIV принимают со знаком минус, так как сумма
площадей / и III принимается больше, чем фактическая площадь за-
j ружения abed.
4. Точка ЛГ находится против одного из углов прямоугольной пло-
щади загружения abed (рис. 6.4, г)
<тг/) = 0,25 (<zI <Х[| а1Н + ot|V) р. (6.8г)
Пример 6.2. Определить напряжение ozp, возникающее на’глубине
1,6 м под точкой АГ (рис. 6.5, а). Прямоугольная площадь размером
4x2 м загружена равно-
мерно распределенной на-
грузкой 200 кПа.
Для Ъ/Ь=1г/Ь=2/2=1
и z/ft=l,6/2=0,8 по табл.
6.4 найдем «[ = а„=0,800.
Тогда по формуле (6.86)
агр= 0,25 • (0,800 + 0,800) х
X 200 = 80 кПа.
'+« . А
Рис. 6.4. Схемы разбивки площади на прямоу-
гольники при определении методом угловых
точек
Пример 6.3. Определить напряжение о2Р под точкой М' (рис. 6.5, 5)
на глубине 3,2 м при загрузке двух фундаментов Л и В размерами
4X4, загруженных равномерно распределенным давлением 300 кПа.
Найдем по формуле (6.6) напряжение <т2В от загрузки фундамента
В при Кп=//Ь=1, m=2z/fr=2-3,2/4=l,6, <х=0,449:
огВ= 0,449-300 = 135 кПа.
Определим величину ozA в заданной точке М' от загрузки фунда-
мента Л (рис. 6.5, б) по формуле (6.8в). Для этого представим точку
М' как угловую фундаментов I—M’deg, II—M'hfg, III—M'acd,
]y~M'abh. Фундаменты I и III будут иметь /(п=8/2=4, m'=3,2/2=
= 1,6 по табл. 6.4, a, nj=0,636, а фундаменты II и IV — Кп=4/2=2,
щ'=3,2/2=1,6 и a,, ’v=0,539. Тогда а2Л=0,25(0,636—0,539+0,636—
—0,539)300= 15 кПа.
Следовательно,
— = 135+ 15= 150 кПа.
6.4. НАПРЯЖЕНИЕ ОТ СОБСТВЕННОГО ВЕСА ГРУНТА
Напряжение от собственного веса грунта называют природным.
Вертикальное напряжение ozg, кПа, при горизонтальной поверхности
грунта равно весу вышележащих слоев грунта (рис. 6.6), т. е.
п
^g= , (6.9)
• i= 1
где п — число слоев грунта в пределах глубины z; у, — удельный вес
грунта i-ro слоя, кН/м?; — толщина этого слоя, м.
69
Горизонтальное напряжение в инженерных расчетах обычно прини-
мают равным вертикальному
(6.Ю)
Ниже уровня подземных вод при определении ozg в водопроницаемых
грунтах (песках, супесях, слоистых глинах) учитывается взвешиваю-
щее действие воды. В этом случае удельный вес грунта определяют
по формуле (1.10). Водонепроницаемые суглинки и глины рассмат-
риваются как водоупорные слои, поэтому на них передается гидроста-
Рис. 6.5. Расчетная схема к примерам
6.2. (а) и 6.3 (б)
Рис. 6.6. Напряжение uzg от соб-
ственного веса грунта:
а — напластование грунтов; УПВ—
уровень подземных вод; б — эпюра дав-
лений
тическое давление, равное ТиЛь, где — удельный вес воды, кН/м?;
hb — расстояние от уровня подземных вод (W.L.) До водоупорного
слоя, м.
6.5. РАСЧЕТ ОСАДКИ ФУНДАМЕНТА
МЕТОДОМ ПОСЛОЙНОГО СУММИРОВАНИЯ
Метод послойного суммирования рекомендуется СНиПом для. рас-
чета осадок фундаментов шириной менее 10 м, а также при отсутствии
в пределах сжимаемой толщи грунтов с модулем деформации Ео>
>100 МПа (100 000 кПа).
Для расчета осадки этим методом на разных глубинах определяют
напряжение от собственного веса грунта azg по формуле (6.9) и верти-
кальное дополнительное напряжение а2Р по формуле (6.6), возникаю-
щее от нагрузок, передаваемых сооружением. При определении а2Р
принимают, что грунт однороден и изотропен на значительную глуби-
ну, давление по подошве фундамента распределено равномерно. По по-
лученным значениям ozg и сг2р строят эпюры давлений на разных глу-
бинах: эпюру o2g — от природной порерхности земли, а эпюру о2р —
от подошвы.фундамента (рис. 6.7). Эти эпюры строят до нижней грани-
цы активной зоны, которую устанавливают из условия
WzP<0,2o;g. (6.11)
70
При наличии нижеуказанной глубины грунтов с модулем деформа-
ции МПа (5000 кПа) должно соблюдаться условие
a;p<o,io;g. (6.12)
Для определения напряжений огр по формуле (6.6) необходимо най-
ти дополнительное давление, МПа, в плоскости подошвы фундамента
из выражения
°zog~Pn "tllddn> (6.13)
где рп — давление по подошве фундамента от расчетных нагрузок при
расчете по II группе предельных состояний, кПа; aZo.g — природное
Рис. 6.7. Расчетная схема распреде-
ления напряжений по оси фунда-
мента на горизонтальные площадки
в грунте основания
Рис. 6.8. Расчетная схе-
ма к примеру 6.4
вертикальное напряжение на глубине подошвы фундамента, считая от
природного рельефа, кПа; y11(j — удельный вес грунта в пределах
глубины заложения фундамента кН/м9.
Значение р„ и подставляют в формулу (6.6).
Величина осадки фундамента определяется по одному из выражений
(ем)
(=1 £°‘
п
s= ^hitn^ i, (6.15)
1=1
где Ро— безразмерный коэффициент, учитывающий условность расчет-
ной схемы, принимаемый равным 0,8; п — число слоев, на которое раз-
делена сжимаемая толща основания; <Jzpt — среднее вертикальное (до-
71
Полнительное) напряжение, возникающее в r-м слое, кПа; hi — толщи-
на ьго слоя (м) не более 0,4 Ь\ — модуль деформации грунта /-го’
слоя, кПа; mvi — коэффициент относительной сжимаемости грунта
z-ro слоя, кПа”1.
Если деформативность грунта установлена компрессионными испы-
таниями, то расчет осадки лучше производить по формуле (6.15), а при
определении £0 испытанием грунта статической нагрузкой, штампами
цли другими методами правильнее использовать формулу (6.14).
Пример 6.4. Определить осадку фундамента при 6=2 м, /=4 м;
глубина заложения от природного рельефа 1 м (рис. 6.8). Основание
сложено слоем песка толщиной 1,6м yj п=20 кН/м^т^=0,0001 кПа”1,
подстилаемого слоем суглинка мощностью более 10 м, у2ц=18 кН/м?,
^2=0,0002 кПа”1. Уровень подземных вод на глубине 1,8 м от по-
верхности, ниже которого песок имеет Уу&ц=10 кН/м3. Давление по
подошве р1]=300 кПа. Найдем ozog и ро (см. рис. 6.7):
а^ = у1П4 = 20-1=20кПа;;
Ро= Ри—^zog = 300—20 = 280 кПа.
Для нахождения сжимаемой толщи определим azg и azp на разных
глубинах по формулам (6.9) и (6.6). Вследствие большой сжимаемости
грунта второго слоя находим глубину, на которой о'р<0,1 Под-
счеты сведены в табл. 6.5. Значения а приняты по табл. 6.4 при 1/Ь=
=2. Согласно табл. 6.5 нижняя граница сжимаемой толщи находится на
глубине z'=8 м, на которой ozp<0,l ozg. Осадку определяем по форму-
Таблица 6.5. К примеру 6.4
Слой 2, М 2z m~ b а azp. кПа °zg> кПа mv' кПа ~1 S, м
первый— песок 0 0,4 0,8 1,2 1,6 0 0,4 0,8 1,2 • 1,6 1 0,976 0,870 0,727 0,593 280. 273 244 204 166 20 28 36. 40 ’о ’ 0,0001 0,038
второй— суглинок 2,4 3,2 4,0 4,8 5,6 6,4 7,2 8,0 2,4 3,2 4,0 4,8 5,6 6,4 7,2 8,0 0,392 0,267 0,190 0,141 0,108 0,085 0,058 0,056 НО 75 53 40 30 24 19 16 66 81 95 109 124 138 153 167 , 0,0002 0,071
8,8 9,6 10,4 8,8 9,6 10,4 0,047 0,040 0,0365 13/ 11 10 181 196 210
Примечание. Табличные данные ниже границы сжимаемой толхци (z' > 8 м) необхо-
димы для примера 6 5, в котором учитывается влияние загружения сосед! их фундаментов.
72
ле (6.15). Поскольку слой песка делим по высоте на четыре части по
йе=0,4 м, вынесем за знак суммы mvi=0,0001 кПа-1 и ht=Q,4 м. Тогда
S1 = 0,0001-0,4 2
So2 t равна сумме напряжений огр на границах всех средних слоев
(первый слой) плюс половина напряжений на верхней и нижней гра,-
ницах первого слоя. Следовательно, для слоя песка
2 агр{ = 0,5 - 280 + 273 + 244 + 204 + 0,5 • 166 = 944 кПа.
Осадка слоя песка Si=0,0001-0,4-944 = 0,038 м. Для слоя суглинка
ht =0,8 M/n^j=0,0002 кПа-1. Лишь при г’=8 м а'гр<.0,1 с'ге (см. табл. 6.5)
2°2?г=0-5’166+110+75+53 + 40 + 30 + 24+ 19 + °,5’ 16=442 кПа.
Отсюда осадка слоя суглинка
з2 = 0,0002-0,8 2 <^Pi = 0,0002 • 0,8 • 442 = 0,071 м.
Общая осадка
s = s1 + s2 = 0,038+ 0,071 = 0,109 м= 10,9 см.
6.6. УЧЕТ ВЛИЯНИЯ ЗАГРУЖЕНИЯ СОСЕДНИХ ФУНДАМЕНТОВ
И ПЛОЩАДЕЙ МЕТОДОМ ПОСЛОЙНОГО СУММИРОВАНИЯ
При расчете осадки с учетом влияния загружения соседних фунда-
ментов и площадей необходимо дополнительно устанавливать напряже-
ние огрс, возникающее в Точках по вертикали, проходящей через центр
тяжести подошвы рассчитываемого фундамента. Зная о2Рс, находят
суммарное напряжение огр на каждой глубине
"Ь 2 (6.16)
где <Tip4> — напряжение о1Р от загрузки рассчитываемого фундамента..
До определения огрс важно оценить, загрузку каких соседних фун-
даментов следует учитывать при расчете осадки. Опыт наблюдений за
осадками показывает, что в пределах радиуса (в плане), равного при-
близительно глубине сжимаемой толщи, устанавливаемой с учетом
загружения соседних фундаментов и площадей, следует учитывать все
нагрузки, передаваемые на основание. Это приводит к необходимости
производить расчет последовательным приближением.
Прежде всего находят глубину сжимаемой толщи от загрузки рас-
считываемого фундамента. Увеличив ее на 20...30%,' устанавливают
первое приближение глубины сжимаемой толщи и радиуса, в пределах
которого необходимо учитывать влияние загружения соседних фунда-
ментов. Затем по формуле (6.16) определяют <т2р на разных глубинах
с учетом загружения соседних фундаментов и площадей в пределах
найденного радиуса. В.случае необходимости еще раз увеличивают ра-
диус влияния и производят повторное определение о2Р, добиваясь
приблизительного равенства глубины сжимаемой толщи и радиуса
влияния загружения соседних фундаментов и площадей.
Пример 6.5. Определить осадку фундаментов с размерами подошвы
/X 6=4x2 м, рассмотренного в примере 6.4 при тех же грунтовых ус-
73
ловиях и загрузке, если указанные фундаменты расположены в ряд
(рие. 6.9).
Согласно примеру 6.4, сжимаемая толща равна 8 м. Примем ра-
диус, в пределах которого необходимо учитывать нагрузки, переда-
ваемые на основание, г=8-1,2=9,6 м. Определение дополнительного
напряжения, передаваемого двумя соседними фундаментами, сведем
в табл. 6.6 с учетом двойной симметрии. Применительно к формуле
Таблица 6.6. К примеру 6.5
Слой Z, м , г m “I йп а1-“п кПа агрФ> кПа кПа
первый — 0 0 1.0 1,0 0 0 280 280 •
песок 0,8 0,4 0,977 0,976 0,001* 0 244 244
1,6 0,8 0,879 0,876 0,003 1 166 167
второй — 2,4 1,2 0,751 0,742 0,009 3 НО 113
суглинок 3,2 1,6 0,632 0,615 0,017 5 75 80
4,0 2,0 0,533 0,509 0,024 7 53 60
4,8 2,4 0,453 0,424 0,029 8 40 48
5,6 2,8 0,389 0,355 0,034 10 30 40
6,4 3,2 0,337 0,299 0,038 11 24 35
7,2 3,6 0,292 0,255 0,037 10 19 29
8,0 4,0 0,256 0,219 0,037 10 16 . 26
8,8 4,4 0,226 0,190 0,036 10 13 23 -
9,6 4,8 0,200 0,165 0,035 10 11 21
10,4 5,2 0,178 0,145 0,033 9 10 19
.(6.8 в) площадь загружения I будет соответствовать Oabc и II — Odec.
Таких площадей загружения будет по четыре. Поэтому
azpz — 0*25 (се, —ап) 4- 280 = (аг—ап) 280.
Найдем Лп1=7/2=3,5, /Спа=5/2=2,5. Исходя из этих значений и
составлена табл. 6.6.
Определим осадку с учетом загружения двух соседних фундаментов
для первого слоя песка
s, = 0,0001.0,8 2 огр. t = 0,00008 (0,5-280 + 244 + 0,5.167) =
х = 0,037 м = 3,7 см;
для слоя суглинка
Sj = 0,0002-0,8 5 а2р. t = 0,00016 (0,5-167 + 113 + 80 + 60 + 48 + 40 +
+ 35 + 29 +26 +23+21+0,5-19) = 0,091 м = 9,1 см.
Общая осадка
s = sx + sa = 3,7 + 9,1 = 12,8 см,
что на 1,9 см больше, чем без учета влияния загруженйя двух соседних
фундаментов.
74
Учитывать загружение более удаленных фундаментов нет необхо-
димости, поскольку они находятся на удалении более сжимаемой тол-
щи, равной 10,4 м, которая установлена путем сравнения значений
о' =20 кПа (по табл. 6.6) с o;g=210 кПа (по табл. 6.5).
Пример 6.6. Наметить ход определения наибольшей осадки лен-
точного фундамента средней несущей стены здания, если даны размеры
подошвы фундаментов (рис. 6.10). Интенсивность давления по подошве
фундаментов всех продольных стен рп=250 кПа, а под поперечной —
рп=220 кПа. Все фундаменты заглублены на 2 м в грунт с уп<г=
= 18 кН/м3.
1. Выбираем точку М', под которой следует ожидать наибольшую
осадку основания (без учета жесткости фундаментов и конструкций
здания). Эта точка располагается на пересечении осей продольной
внутренней стены с осью поперечной стены, так как влияние загруже-
ния соседних фундаментов в этой точке будет наибольшее.
2. Определяем р0 под подошвой каждого фундамента по формуле
(6.13).
3. Принимаем длину участка рассчитываемого фундамента
1=10 Ь, где b — ширина подошвы этого фундамента. Следовательно,
/=10*2=20 м. В каждую сторону от точки М' откладываем по 10 м.
4. Определяем размеры площадей загружения наружных продоль-
ных фундаментов. Площадь I М'аЬс размером 10x7 м, а площадь II
M’dec—10x5 м. Таких площадей загружения четыре, поэтому
°гг/«1 = 0.25(а1—ап)4р01,
где рО1=250—18*2=214 кПа.
5. Определяем размеры площадей загружения фундамента попереч-
ной стены. Площадь I M'dfg размером 5x0,8 м и площадь II M’hkg —
1X0,8 м. Таких площадей будет по две, поэтому
ог/,е = 0,25(«1—ап)2р02.
Следует иметь в виду, что роа от загрузки поперечной стены будет
меньше, а именно:
р02 = 220—18-2= 184 кПа.
6. Определив по формуле (6.6) напряжение ozP4) от загрузки рас-
считываемого фундамента, по формуле (6.16) определяют напряжение
75
gzp c учетом загружения соседних фундаментов, предварительно найдя
глубину сжимаемой толщи. Если при этом глубина сжимаемой толщи
окажется в данном случае меньше 5 м, то загрузку продольных фун-
даментов наружных стен учитывать нет необходимости.
7. Зная напряжения azp, по формуле (6.14) или (6.15) определяют
осадку фундамента средней стены с учетом загрузки соседних, фунда-
ментов.
6.7. РАСЧЕТ ОСАДКИ ФУНДАМЕНТА МЕТОДОМ
ЛИНЕЙНО ДЕФОРМИРУЕМОГО СЛОЯ
Метод линейно деформируемого (упругого) слоя разработан К. Е.
Егоровым*. Этот метод СНиП рекомендует применять в случаях, если:
а) ширина (диаметр) фундамента м и модуль деформации
грунтов основания Ео^10 МПа;
б) в пределах сжимаемой толщи H=zf (см. рис. 6.7), определенной
по методу послойного суммирования, залегает слой грунта с модулем
деформации Ем>100 МПа и толщиной hw удовлетворяющей условию
h ^н( 1 — 1/* —
fi,VL Л1 1 у у ♦
где Еп — модуль деформации грунта, подстилающего слой малосжи-
маемого грунта.
В случае б) толщину линейно деформируемого слоя принимают до
кровли малосжимаемого грунта. При широких же фундаментах
^10 м) его значение находят по эмпирической формуле
H = {H0 + ^b)kp, (6.17)
где Но и ф принимают соответственно равными для оснований, сло-
женных пылевато-глинистыми грунтами, Эми 0,15, песчаными грун-
тами— 6 м и 0,1; kp — коэффициент, принимаемый равным: kp=
=0,8 — при среднем давлении под подошвой фундамента рп = 100 кПа
й kp—1,2 — при рп=500 кПа, а при промежуточных значениях — по
интерполяции.
При известном значении Я^осадка
g = gii&fec.y. б 18
^ох
х= 1
где /?ц — среднее давление под подошвой фундамента (без вычитания
природного напряжения), кПа; kz — коэффициент, принимаемый в за-
висимости от относительной суммарной толщины деформирующихся
слоев учитывающий концентрацию напряжений:
2H/b 0...0.5 0,5...1 1...2 2...3 3...5 5
kc 1,5 1,4 . 1,3. 1,2 1,1 1,0
* Егоров К- Е.~ К вопросу деформации основания конечной толщины. Механика
грунтов. Сб. трудов НИИ оснований подземных сооружений. М., 1958.
7»
к . I 4 0| Р[
Рис. 6.11. Схема к расчету
осадки по формуле (6.18)
km — коэффициент, учитывающий меньшую деформативность грунта
при больших значениях модуля общей деформации грунта Ео (если
£о<10 МПа, то km=V, если £о>10 МПа: при Ь<10 м km=\, при 10<
^<15 м fem=l,35 и при Ь>15 м, 1,5);
п—количество слоев, различающихся по
сжимаемости в пределах толщи ki и
— коэффициенты, определяемые по
табл. 6.7 соответственно для t-гои (t-l)-ro
слоя грунта (рис. 6.11); Ео1 — модуль об-
щей деформации грунта t-го слоя, кПа.
Значения коэффициентов kt и /г;_г зависят
ст соотношения сторон подошвы фундамен-
та Кп=ИЬ и m~2z!b, где г — расстояние от
подошвы фундамента до соответственно по-
дошвы или кровли рассматриваемого
слоя.
Таблица 6.7. Значения коэффициента k (СНиП 2.02.01—83)
m=2z/d или tn^zfr Для Фунда- ментов круглых радиусом г Для фундаментов с соотношением сторон Кд=//6, равным
1 1,4 1,8 2,4 3,2 5 >10
0 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000
0,4 0,090 0,100 0,100 0,100 0,100 0,100 0,100 0,104
0,8 0,179 0,200 0,200 0,200 0,200 0,200 0,200 0,208
1,2 0,266 0,299 0,300 0,300 0,300 0,300 0,300 0,311
1,6 0,348 0,380 0,394 0,397 0,397 0,397 0,397 0,412
2,0 0,411 0,446 0,472 0,482 0,486 0,486 0,486 0,511
2,4 0,461 0,499 0,538 0,556 0,565 0,567 0,567 0,605
2,8 0,501 0,542 0,592 0,618 0,635 0,640 0,640 0,687
3,2 0,532 0,577 0,637 0,671 0,696 0,707 0,709 0,763
3,6 0,558 0,606 0,676 0,717 0,750 0,768 0,772 0,831
4,0 0,579 0,630 0,708 0,756 0,796 0,820 0,830 0,892
4,8 0,611 0,668 0,759 0,819 0,873 0,908 0,932 1,001
6,0 0,645 0,708 0,814 0,887 0,958 1,011 1,056 1,138
8,0 0,679 0,751 0,872 0,960 1,051 1,128 1,205 1,316
10,0 0,700 0,777 0,908 1,005 1,110 1,205 1,309 1,456
12,0 0,710 0,794 0,933 1,037 1,151 1,257 1,384 1,550
Пример 6.7. Определить осадку дымовой трубы основной на
круглом фундаменте диаметром 20 м, глубиной заложения 3 м> если
в основании, сложенном пылевато-глинистыми грунтами, залегает верх-
ний слой 4 м и имеет модуль деформации £о1=20 ООО кПа, а второй слой
мощностью более 20 м—£oi=25 000 кПа.; Давление по подошве ptl
=300 кПа.
77
Найдем сжимаемую толщу Н по формуле (6.17) при Но=9 м,
ф=0,15 и Лр=1:
Я = (9 + 0,15-20) 1 = 12 м.
Поскольку 2Я/Ь=2-12/20=1,2, &с=1,3, a km найдем согласно
пояснениям к формуле (6.18) равным Ат=1,5.
Для определения осадки по табл. 6.7 определим kt и k{-1 для пер-
вого слоя при /п=2-4/20=0,4, &г=0,090 и йг-1=0; для второго слоя
при т=2-12/20=1,2; ^=0,266 и A,_j=0,090.
Найдем по формуле (6.18) осадку
300-20-1,3 /0,090—0 . 0,266—0.090Х Л с
S =---1Д>---(,”20066- +' 25000 J “°’06 М = 6 СМ.
6.8. РАСЧЕТ ОСАДОК ФУНДАМЕНТОВ МЕТОДОМ
ЭКВИВАЛЕНТНОГО СЛОЯ Н. А. ЦЫТОВИЧА [51]
Согласно решениям теории линейно деформируемых тел, к которым
относят грунты, осадка поверхности изотропного полупространства
при местной равномерно распределенной нагрузке может быть найде-
на из выражения
s=[co&(l — v?)p0]/£o, (6.19)
где <о — коэффициент, зависящий от формы подошвы и жесткости
фундамента; b — ширина подошвы фундамента, м; vo — коэффициент
Пуассона грунта; ра— средняя интенсивность давления по подошве
фундамента, под действием которой уплотняется грунт основания,
кПа, вычисляемая по формуле (6.13); Ео — модуль деформации грунта,
кПа.
Формула (6.19) учитывает все компоненты напряжений.
Проф. Н. А. Цытович для расчета осадки фундаментов формулу
(6.19) привел к виду|
s = MWo> (6-20)
где mvm — средний коэффициент относительной сжимаемости грунта,
кПа-1; Л9 — мощность эквивалентного слоя, м, определяемая из вы-
ражения
h3 = Aab, (6.21)
где А<в — коэффициент эквивалентного слоя, зависящий от коэффи-
циента Пуассона т0, формы подошвы и жесткости фундамента
(см. табл. 6.8).
Величину среднего коэффициента относительной сжимаемости
проф. Н. А. Цытович рекомендует определять в пределах сжимаемой
толщи Н=2 h9 из выражения
1 "
= —г £ htmvtz{, (6.22)
78
Таблица 6.8. Значение коэффициента эквивалентного слоя Лео
Соотношение сто- рон кп Гравий.и галька Пески Суглинки пластичные Тяжелые глины сильно пластичные
Твердые глины и суглинки Супеси Глины пластичные
Vo=0,10 vo=0,20 vo=0,25 Vo = 0,30 vo=0,35 vo=0,40
1 1,5 2 3 1 4 5 , 6 7 8 9 10 и более 1,13 1,37 1,55 1,81 1,99 2,13 2,25 2,35 2,43 2,51 2,58 0,96 1,16 1,31 1,55 1,72 1,85 1,98 2,06 2,14 2,21 2,27 0,89 1,09 1,23 1,46 1,63 1,74 2,15 1,20 1,45 1,63 1,90 2,09 2,24 2,37 2,47 2,56 2,64 2,71 1,01 1,23 1,39 1,63 1,81 1,95 2,09 2,18 2,26 2,34 2,40 0,94 1,15 1,30 1,54 1,72 1,84 2,26 1,26 1,53 1,72 2,01 2,21 2,37 2,50 2,61 2,70 2,79 2,86 1,07 1,30 1,47 1,73 1,92 2,07 2,21 2,31 2,40 2,47 2,54 0,99 1,21 1,37 1,62 1,81 1,94 2,38 1,37 1,66 1,88 2,18 2,41 2,58 2,72 2,84 2,94 3,03 3,12 1,17 1,40 1,60 1,89 2,09 2,25 2,41 2,51 2,61 2,69 2,77 1 ,08 1,32 1,49 1,76 1,97 2,11 2,60 1,58 1,91 2,16 2,51 2,77 2,96 3,14 3,26 3,38 3,49 3,58 1,34 1,62 1,83 2,15 2,39 2,57 2,76 2,87 2,98 3,08 3,17 1,24 1,52 1,72 2,01 2,26 2,42 2,98 2,02 2,44 2,76 3,21 3,53 3,79 4,00 4,18 4,32 4,46 4,58 1,71 2,07 2,34 2,75 3,06 3,29 3,53 3,67 3,82 3,92 4,05 1,58 1,94 2,20 2,59 2,90 3,10 3,82
Коэффициенты г ч; И 8 to ’§ 8 £ 3 § £ § ч: 3 ю С О , э ч; 3 ч; • в 3 СП § 3 3 ч; в 3 со а о г ч; . а ч: 3 С О 3
Примечание. Асо0—для центра тяжести гибкого фундамента; А со -для средней осадки гибкого фундамента; A©cons|—для осадки
жесткого фундамента.
где п — число слоев грунта в пределах активной зоны; — мощность
f-го слоя грунта (рис. 6.12), м;/тг^— коэффициент относительной сжи-
маемости грунта f-го слоя, кПа*1; Zi — расстояние от нижней точки
эквивалентной треугольной эпюры до середины /-го слоя, м.
Пример 6.8. Определить осадку фундамента под колонну. Раз-
меры подошвы 5,2 X 5,2 м, ее заглубление d—2 м. Нагрузка по обрезу
ЛГоП==Ю ООО кН. Напластование грунтов указано на рис. 6.12,6.
Рис. 6.12. Расчетные схемы (размеры в м):
а — эквивалентной эпюры и размеров к формуле (6.22); б — к примеру 6.8
Грунты обладают свойствами yj=20 кН/м3, mvl=0,00002 кПа"1,
%2=0,00006 кПа"1, /71^3=0,00002 кПа"1.
Давление по подошве найдем по формуле (5.10)
Рп = Л/ои/^О + Ycpft = Ю000/(5,2-5,2) + 22-2 = 414 кПа.
По формуле (6.13)
р0 = 414-20-2 = 374 кПа.
По табл. 6.8 для vo=0,25 найдем A coconst=0,99 и по формуле (6.21)
ft, = 0,99-5,2 = 5,15 м.
Откуда сжимаемая толща
77 = 2^ = 2-5,15 = 10,3 м.
Построив треугольную эквивалентную эпюру, определим соответст-
вующие значения и z£ (рис. 6.12, б): /ij=1,64 м, Л2= 1,64 м, Ла=7,02 м,
^=9,48 м, za=7,84 м, z3=3,51 м. Тогда по формуле (6.22)
tnom = [1 /(2 - 5,15 • 5,15)] (1,64.0,00002 - 9,48 + 1,64- 0,00006., 7,84 +
+ 7,02-0,00002.3,51) = 0,00003 кПа"1.
Из выражения (6.20) найдем осадку
s = 5,15-0,00003-374 = 0,058 м = 5,8см.
80
6J9. РАСЧЕТ ОСАДОК ФУНДАМЕНТОВ МЕТОДОМ
ОГРАНИЧЕННОЙ СЖИМАЕМОЙ ТОЛЩИ
‘ ПРИ ОДНОРОДНОМ ГРУНТЕ
При большой мощности слоя однородного грунта в основании со-
оружения деформации этого грунта ниже некоторой глубины практи-
чески неощутимы, поэтому целесообразно применить метод эквивалент-
ного слоя Н. А. Цытовича к условно двухслойному основанию. При та-
ком основании ниже некоторой глубины грунт можно считать условно
несжимаемым. Таким образом, важно рассмотреть деформации в пре-
делах ограниченного слоя грунта, подстилаемого условно несжимае-
мой породой. Свойства грунта этого слоя принимают в соответствии со
свойствами грунта, залегающего на площадке строительства. Величину
сжимаемого слоя будем называть расчетной сжимаемой толщей Hv.
Если известна величина расчетной сжимаемости толщи Hv, т. е.
известно, на какой глубине можно принять грунт несжимаемым, то
можно найти осадку из выражения (6.19), в котором значение коэффи-
циента <й дополнительно будет зависеть от отношения Hvlb и характера
трения по контакту сжимаемого и несжимаемого слоев грунта.
Руководствуясь методикой Н. А. Цытовича, для двухслойного ос-
нования формулу (6.19) приведем к выражениям
s = /79mt,p0; (6-23)
Н3 = А<оЬ; (6.24)
А = (1 - v0)“/(l - 2v0), (6.25)
где Н9 — величина эквивалентного слоя, определяемого для ограни-
ченной сжимаемой толщи; v0 — коэффициент Пуассона грунта сжимае-
мого слоя; mv — коэффициент относительной сжимаемости грунта,
детальные обозначения указаны в формулах (6.19)...(6.21). Значение
А приводится в табл. 6.9.
Таблица 6.9. Значения вспомогательных коэффициентов, зависящих от
коэффициента Пуассона v0 [см. формулы (1.8), (6.25), (6.45) и (6.49)[
Коэффициенты Значения вспомогательных коэффициентов для грунтов !
без бокового твердые глины и суглинки суглинки пластичные глины очень пластичные
гравий и галька пески супеси глины пла- . стичные
*0 0 0,10 0,20 0,25 0,27 0,30 0,35 0,40
А 1 1,012 1,067 1,125 1,158 1,225 1,408 1,80
Ро 1 0,98 0,90 0,83 0,80 0,74 0,62 0,47
^6 ок 0,863 0,874 0,921 0,971 1,00 1,053 1,216 1,554
Для определения коэффициента <о воспользуемся коэффициентом
осадки соср, соответствующем средней осадке гибкого фундамента для
8>
ограниченного слоя по К. Е. Егорову * * при отсутствии трения по кон-
такту сжимаемого и несжимаемого слоев. Учтем также отношения, по-
лученные Н. А. Цытовичем, A©con9t к А(от. В результате получим зна-
чения (ож, приведенные в табл. 6.10.
Таблица 6.10. Значение коэффициента осадки <ож для жесткого фундамента
5 ь Для круга Для прямоугольника с соотношением сторон
1 1,5 2 3 5 7
0 о,1 0,25 0,5 0 0,089 0,209 0,368 0 0,088 0,209 0,372 0 0,091 0,214 0,395 0 0,091 0,216 0,398 0 0,091 0,217 0,405 0 0,093 0,221 0,414 0 0,093 0,223 0,417 0 0,093 0,223 0,419
1,0 1,5 2,0 0,537 0,614 0,650 0,562 0,656 0,711 0,630 0,756 0,650 0,797 0,894 0,677 0,847 0,968 0,702 0,893 0,711 0,905 0,717 0,922 1,080
2,5 3,5 5,0 0,687 0,721 0,760 0,738 0,777 0,806 0,878 0,935 0,979 0,940 1,019 1,075 1,042 1,139 1,219 1,127 1,263 1,384 1,162 1,316 1,461 1,179 1,354 1,520
10 25 00 0,771 0,789 0,840 0,858 0,873 1,082 1,145 1,182 1,210 1,322 1,378 1,422 1,713 1,904 1,784 1,972 2,109
При большой толщине слоя однородного грунта (более Яр) по фор-
мулам (6.23)...(6.25) легко найти осадку фундамента, если известно
значение расчетной сжимаемой толщи. Следовательно, задача сводится
к отысканию значения Нр. При отсутствии соответствующих экспери-
ментальных данных приходится ограничиваться приближенным прие-
мом.
Рассмотрим простейший случай, когда среднее давление по подо-
шве фундамента равно расчетному сопротивлению данного грунта
основания R, найденному из выражения (4.5). Тогда дополнительное
предельное давление, под действием которого грунт уплотняется, бу-
дет равно
Ро = Я—(6-26)
где Тп^п — напряжение от собственного веса грунта на уровне по-
дошвы фундамента, кН/ма.
При указанном условии можно принять
ЯР = 2ЯЭ. (6.27)
• См. сноску на с. 76.
82
При бесконечном полупространстве однородного грунта по методу
эквивалентного слоя найдем сжимаемую толщу (активную зону) Н=
=2/i9. В порядке первого приближения примем, что на глубине 2йэ
находится несжимаемый грунт. Приняв 2ЛЭ в качестве расчетной тол-
щины сжимаемого слоя Нр, руководствуясь табл. 6.10, по формуле
(6.24) найдем 2Нз1. Полученное значение будет несколько меньше
2й8, так как оно найдено при меньшем значении сжимаемой толщи.
Далее примем Hv=2H3l и найдем 2Нз2 и т. д. Последовательным при-
ближением придем к равенству (6.27). Поскольку значение- Нр не
зависит от бокового расширения грунтов, последовательное приближе-
ние производим при vo=0.
Сравнение результатов наблюдений за осадками зданий в Ленин-
граде'при наличии в основании супесей, суглинков и глин в пластич-
ном состоянии со значениями осадок, полученных расчетом при соблю-
дении условия (6.27), показывает их хорошую сходимость. Следова-
тельно, при указанных грунтах, соответствующих средним грунтовым
условиям, можно при определении 7/р исходить из равенства (6.27).
Руководствуясь выражениями (6.27), (6.24) и сказанным выше, можно
найти величину расчетной сжимаемой толщи
Яр = 24<ор&у, (6.28)
где А — коэффициент (при vo=O Л = 1); <ор — коэффициент расчетной
мощности сжимаемой толщи, определяемый последовательным при-
ближением исходя из условия (6.27); &у — условная ширина подошвы
фундамента, м, при однородном грунте, соответствующая случаю пол-
ной загрузки основания согласно выражению (6.26), т. е. для фунда-
ментов:
ленточного
^y = AroII/[Z(Z?—Vc₽d)], (6.29)
прямоугольного
= К^ои/[^п(^—Тср^О]- (6.29а)
Все обозначения даны в пояснениях к формулам (5.1) и (5.3),
при этом значение R устанавливают по формуле (4.5) или определяют
на основании опыта строительства.
Для упрощения расчета в табл. 6.11 приводятся значения, найден-
ные методом последовательного приближения.
Таблица 6.11. Значение произведения коэффициента 2Люр при vo = 0
1 Для круга Для прямоугольника с соотношением K^—ljb
1 1,5 2 3 5 7 >10 (лента)
1,11 1,20 1,52 1,65 1,88 2,03 2,14 ~2,27
83.
Приняв значения 2Д©Р по табл. 6.11 и определив Ьу по формулам
(6.29) или (6.29 а), легко найти Нр из выражения (6.28).
При известном Нр значение эквивалентного слоя
= Да>жЬ, (6.30)
что дает возможность по выражению (6.23) вычислить осадку фунда-
мента. Значение А принимается в зависимости от значения коэффициен-
та v„ по табл. 6.9.
Пример 6.9. Определить осадку ленточного фундамента, если
дано: грунт — глина на большую глубину, уп = 18,5 кН/м?, Ео=
= 16 000 кПа, vo=0,35, глубина заложения dn=d—2 м, Ь—3,3 м, на
участке 1=6 м длины фундамента ZVon=5000 кН, /?=294 кПа-
1. Приняв уср=20 кН/м3 и руководствуясь формулой (6.29), най-
дем условную ширину подошвы
А __ ^п\I _____ 5000 ___о оо м
У ~ I (/? - Ycpd) ~ 6 (294- 20-2) “ *’’4° м‘
2. По табл. 6.11 для- ленточного фундамента при Кп=1/Ь>\0 и
то=0 2Дор=2,27. Тогда по формуле (6.28) расчетная мощность сжи-
маемой толщи
/7р = 2До)рЬу = 2,27-3,28 = 7,45 м.
3. Приняв по табл. 6.9 ро=0,62, найдем mv и р0:
mv = 0О/£О = 0,62/16 000 = 0,000039 кПа"1;
д> = AWU*) + ?СР^—Т|Л = 5000/(6-3,3) + 22-2—18,5-2 = 256 кПа.
4. По формулам (6.30) и (6.23), руководствуясь табл. 6.9 и 6.10,
при Яр/Ь=7,45/3,3 =2,26, сож=1,131, найдем величины Н3 и s:
Я9 = 1,408-1,131-3,3 = 5,26 м;
s = 5,26 - 0,000039 • 256 = 0,053 м = 5,3 см.
Пример 6.10. Определить осадку отдельного монолитного железо-
бетонного фундамента при следующих данных: грунт на большую
глубину — песок средней крупности, уп=20 кН/м?, /п„=0,00004
кПа"1, vo =0,2, УО|1=Ю 000 кН, d=dn=2 м, 6=Z=4,1 м, R=672 кПа.
Примем уСр=22 кН/м? и по формуле (6.29а) найдем
6у = ИЮ000/1 (672-22-2) = 3,99 м.
По табл. 6.11 для Ub=\ определим 2Л®Р = 1,2, тогда по (6.28)
Нр = 1,2-3,99 = 4,79 м.
Вычислим давление, под действием которого уплотняется грунт:
Р.= ^Г + -yuda= + 22-2-20-2 = 599 кПа.
Найдем по табл. 6.9 при vo=0,2 А = Г,067, а по табл. 6.10 при Hv!b=
=4,79/4,1 = 1,17 сож=0,594 и определим по формулам (6.30) и (6.23)
= 1,067-0,594-4,1 =2,6 м;
5 = 2,6-0,00004-599 = 0,062 м = 6,2 см.
84
6. 10. РАСЧЕТ ОСАДОК ФУНДАМЕНТОВ МЕТОДОМ
ОГРАНИЧЕННОЙ СЖИМАЕМОЙ ТОЛЩИ ~
ПРИ СЛОИСТОМ НАПЛАСТОВАНИИ
При слоистом напластовании в пределах расчетной сжимаемой
толщи следует рассматривать два случая (рис. 6.13).
Случай 1, Величина расчетной сжимаемой толщи меньше фактиче-
ской суммарной толщины сжимаемых слоев грунта т. е.
Яр<яф. (6.31)
Учитывая относительно небольшую точность определения rrtv, Ео
и v0, допускается приближенное их осреднение. Это осреднение для
случая 1 производится аналогично методу Н. А. Цытовича по формуле
= (6.32)
Я₽ £1
где mvm -г- средний коэффициент относительной сжимаемости грунтов,
кПа-1, в пределах толщи Яр; Яр — расчетная сжимаемая толща, м;
п — число слоев в пределах
сжимаемой толщи; hi — мощ-
ность i-ro 'слоя в пределах
расчетной сжимаемой толщи,
м (рис. 6.13); mvi — коэф-
фициент относительной сжи-
маемости грунта i-ro слоя,
кПа"1; Zi — расстояние от
нижней границы расчетной
мощности сжимаемой толщи
до середины i-ro слоя, м.
. Случай 2. Условие (6.31)
не удовлетворяется. Тогда
fnvm =
а) Случай 1
чГ' ~J~ /77»-/
S) Случай 2
777W7W7V77^7b
МуГ
Рис. 6.13. Схема слоистого напластования
грунтов для определения mvmt
а — случай 1; б — случай 2 (расчетная сжимаемая
толща больше фактической Нр>Яф)
п
^h{mv{Zi. (6.32а)
<=1
(2//р-Яф)Яф
Зная mvmt находят осадку по формуле, аналогичной (6.23):
s~H9tnvmp0. (6.33)
При слоистом напластовании грунтов Яр также вычисляют по фор-
муле (6.28). При определении условной ширины подошвы фундамента
дополнительно необходимо учесть соотношение между средней сжи-
жаемостью слоев грунта и сжимаемостью верхнего слоя, для которого
определено R.
Руководствуясь изложенным и выражениями (6.29) и (6.29а), най-
мем значения Ьу для фундаментов:
ленточного
6у = Ь
Ро Мут
R—yudmvl
(6.34)
85
отдельного
/Рп
(Л-Tud)
(6.35)
Рис. 6.14. Расчетная схема для опре-
деления и
где Ь — принятая ширина подошвы фундамента, м; — коэффициент
относительной сжимаемости первого слоя под подошвой фундамента,
кПа-1; R— расчетное сопротивление грунта основания, кПа, уста-
новленное по формуле (4.5) для данной ширины подошвы фундамента Ь.
Остальные обозначения даны ранее.
Формулы (6.34) и (6.35) следует рассматривать как первое прибли-
жение при определении и Яр, дающее возможность учесть ряд фак-
торов при относительно одинаковых
качествах грунтов в пределах Яр.
Если грунт несущего слоя, залега-
ющий непосредственно под подош-
вой, резко отличается по сжимае-
мости и сопротивлению сдвигу от
грунтов подстилающих слоев, то
либо при малой толщине несуще-
го слоя R и mvl определяют по
характеристикам подстилающего
слоя большей толщины, либо при-
нимают by=b. В последнем случае
не учитывают поправки на изме-
нение сжимаемости грунтов по
глубине и неполное использование
расчетного сопротивления грунта
основания.
Поскольку в формулах (6.34) и (6.35) является функцией рас-
четной мощности сжимаемой толщи Яр> значение которой зависит от
Ьу, а следовательно, и от mvTn, задача решается последовательным при-
ближением или путем интерполяции. Для этого зададимся двумя зна-
чениями сжимаемой толщи Н2 и Н2, удовлетворяющих условию
(6.36)
При этом можно оценить значение Яр по формуле (6.28) при b^b.
Зная Hi и Ht по формуле (6.32) для случая 1, когда ЯР<ЯФ, най-
дем
2 П
1 i=l
— 2 V
(6.37)
Здесь индексы 1 и 2 указывают, что hi и относятся соответственно
к сжимаемой толще Нх и Н2 (рис. 6.14).
86
Для случая 2, когда HP<Z.H$, значения mvmi и mvmt определяют
также по формулам (6.37), при этом для несжимаемого грунта прини-
мают то=0.
Зная т„т1 и mvmt, согласно формулам (6.34) и (6.35) находят услов-
ные ширины фундамента для случаев Hi и Н2 для фундаментов:
ленточного
I) т^т1 •
yl R— Vnd mvl ’ I (6.38)
f. __f. Ро Шутг .
У2 "М ’ '
отдельного
h^b / р-^2-5 1/ ^21, .
Г R ynd Г mvl (6.39)
Ьу2 = 6 1/ р ^°—;| ]/
У2 г Я—уп<цг Шц! )
При определении значений /? и mvl руководствуются пояснениями,
которые даны к формулам (6.34) и (6.35).
В соответствии с формулами (6.28), (6.30) и условием (6.27) опре-
деляют значения расчетной сжимаемой толщи:
= 77р2 = 2юж2Ьу2, (6.40)
где 2 — значение коэффициента 2А приуо=0; <ож1 и <аж2 — коэффициен-
ты осадки, определяемые по табл. 6.10, соответственно для отношений
и HJb^.
Используя линейную интерполяцию, будем искать такое значение
7/р, которое равнялось бы соответствующему значению Н. Тогда по-
лучим
Н' = (6'41>
Эту интерполяцию можно произвести графически (рис. 6.15).
Определив Яр, находят mvm по формуле (6.32) или (6.32а) и по
формуле (6.30) определяют Ня. В формуле (6.30) ож принимают по
табл. 6.10 в зависимости от соотношения сторон Лп=//й, для случая
1—Hvlb, а для случая 2— H^ib. При расчетах, если размеры подошвы
фундамента выбраны исходя из расчетного давления на грунт основа-
ния, рекомендуется последовательность, указанная в примере 6.11.
Пример 6.11. Определить осадку квадратного фундамента колонны,
если дано: /хЬ=4Х4 м, глубина заложения d=dn=2M,ун = 18кН/м3,
/?=256 кПа, давление по подошве рп=236 кПа. Напластование грун-
тов дано на рис. 6.16.
1. Определим по формуле (6.13) давление, под действием которого
уплотняются грунты основания:
Ро = Ри ~*71А = 236—18• 2 = 200 кПа.
87
2. По формуле (6.28), используя табл. 6.11 и приняв by=b, найдем
ориентировочное значение
Яр = 2Л(ор6= 1,2-4 = 4,8 м
и применительно к условию (6.36) зададимся /71=5 м, Нг—7 м.
3. Определим по формулам (6.37) с учетом рис. 6.16 средние коэф-
фициенты относительной сжимаемости:
(2-0,00005-4 + 3-0,00009-1,5) = 0,000064 кПа"1;
тв1в5 = Д (2 • 0,00005 • 6 + 5 - 0,00009 - 2,5) = 0,00007 кПа"1.
Рис. 6.15. График интер- Рис. 6.16. Расчетная схема к примеру 6.11 (раз-
поляции для определения меры в м)
Яр
4. По формулам (6.39) найдем условную ширину фундаментов для
двух случаев:
200 0,000064 . о9 .
256-18-2 0,00005 М’
200 -./0,00007 _4 кл м
256-18-2 V 0,00'005 ~ %0U
5. По табл. 6.10, учитывая //6=1, найдем при Ях/6у1=5/4,32= 1,157
<ожХ=0,592 и при/72/6у2=7/4,5=1,556,шж2=0,662 и по формулам (6.40)
вычислим значения
Яр1 = 2-0,592-4,32 = 5,11 м;
Яра = 2-0,662-4,5 = 5,96 м.
6. Произведя интерполяцию по формуле (6.41), получим
н 5,11 (7-5)-5 (5,96-5, II). ,q ~ „
rtp— (7—5)_(5,96—5,11) — О,19м ~ 5,2 м.
Убедимся, что условие (6.36) удовлетворено 5<5,19<7.
7. По формуле (6.32) определим
= 52?Г2°»000°5’4.2 + 3,2• 0,00009.1,6) = 0,000065 кПа~*.
88
8. По табл. 6.10 для Hv!b—5,2/4=1,3 найдем <ож=0,618 и по фор-
мулам (6.30) и (6.33) при vo=O,3 вычислим
Яэ = 1,225-0,618-4 = 3,03 м;
s = 3,03-0,000065 • 200 = 0,039 м = 3,9 см.
6. 11. РАСЧЕТ ОСАДОК ФУНДАМЕНТОВ МЕТОДОМ
ОГРАНИЧЕННОЙ СЖИМАЕМОЙ ТОЛЩИ
С УЧЕТОМ ЗАГРУЖЕНИЯ СОСЕДНИХ ФУНДАМЕНТОВ
Расчет фундаментов с учетом загружения соседних площадей или
фундаментов методом суммирования громоздок. Кроме того, он часто
приводит к заниженным значениям осадок. Метод же ограниченной
сжимаемой толщи' позволяет легко учиты-
вать загружение любых соседних фундамен-
тов и площадей.
Используя существующие решения, не-
трудно определить осадку фундамента с уче-
том влияния загружения кольцевой площа-
ди В, центр которой совпадает с центром
тяжести площади рассчитываемого фундамен-
та Л (рис. 6.17). Осадка фундамента Л может
быть представлена как сумма осадок от за-
гружёния самого фундамента и кольца:
5 = $ФЧ-5К, (6.42)
где — осадка от загружения фундамента Л; sK — осадка централь-
ной точки кольца от его загружения.
Загрузку кольца можно рассматривать как давление, приложенное
в пределах площади круга радиусом за вычетом равной и обратно
направленной нагрузки, действующей по площади круга радиусом Rx.
В таком случае согласно (6.33)
-Ф = Н3.$mvmpo,
'ъ Нэг^утРк.
где Яэ.ф — эквивалентная сжимаемая толща, м, соответствующая
загружению фундамента Л; Нзх и Нэ2 — то же, при загружении
круглых площадей соответственно радиусами Rx и /?2; р0 и рк — интен-
сивность давления соответственно по подошве фундамента Л и площади
кольца В, под действием которых уплотняется грунт основания, кПа;
tnvm — средний коэффициент относительной сжимаемости грунта в пре-
делах расчетной сжимаемой толщи, кПа-1.
Тогда, обозначив рк/р0—Ки и подставив значения и sK в форму-
лу (6.42), получим
$ = [#,. ф “Ь (^э2 ^э1) *и| ^vmPo'
Выражение в квадратных скобках равно значению эквивалентной
сжимаемой толщи; т. е.
ф + ^-^.Ин- (6.43)
89
Целесообразно разбить кольцо В на пе равных частей, тогда увеличе-
ние эквивалентной сжимаемой толщи от загружения каждой такой
части
Д^э = (^эг —^э1)Мо-
Если загружено п частей кольца В, то выражение (6.43) будет иметь
вид
Н3 = НЭ'* + пЬНаКп. (6.44)
Эта формула позволяет определять влияние любой площади загру-
жения на величину суммарной эквивалентной сжимаемой толщи. Лю-
бую площадь загружения можно разбить на доли колец, имеющих
центр в центре тяжести подошвы рассчитываемого фундамента.
Если при определенной расчетной сжимаемой толще все поле вокруг
фундамента разбить на доли колец так, чтобы загружение каждой из
них приводило к увеличению эквивалентной сжимаемой толщи на
определенную величину (принято Д//э=2 см=0,02 м), то можно полу-
чить расчетные графики. При наложении такого графика на план по-
дошвы фундаментов, вычерченного в масштабе графика, можно подсчи-
тать, какое количество долей колец укладывается в пределах каждого
соседнего фундамента. Использование таких графиков усложняется
тем, что контуром каждого фундамента многие доли кольца будут де-
литься на две части. В связи с этим трудно оценить, какая часть доли
кольца загружена. С целью упрощения найдены центры тяжести каж-
дой доли и построены графики их расположения в масштабе 1 : 200
для расчетных сжимаемых толщ 5, 7, 10, 15, 20 и 30 м при vo=0,27
(см. прилож. 2). Значения радиусов, м, этих графиков приводятся в
табл. 6.12.
Таблица 6.12. Значения радиусов г для кольцевых графиков при vo = 0,27
Мощность слоя Я, м Значения радиусов г, м
5 0,24 0,58 1,00 1,47 2,05 2,78 3,90
7 0,24 0,57 0,95 1,38 1,85 2,37 2,97 3,69 4,61 6,00
10 ( 0,23 0,56 0,93 1,32 1,74 2,18 2,66 3,17 3,74 4,36
1 5,07 5,91 6,93 8,31 10,87 — — — — —
( 0,23 0,55 0,91 1,28 1,67 2,07 2,49 2,92 3,38 3,85
15 4,35 4,88 5,45 6,05 6,70 7,40 8,18 9,06 10,07 11,27
12,79 14,99 — — — — — — — —
( 0,23 0,55 0,90 1,26 1,64 2,02 2,42 2,83 3,24 3,67
20 < 4,12 4,58 5,05 5,55 6,06 6,60 7,16 7,75 8,37 9,03
1 9,74 10,50 11,32 12,22 13,22 14,36 15,69 17,29 19,41 22,83
{ 0,23 0,54 0,89 1,25 1,61 1,98 2,36 2,74 3,13 3,52
( 3,93 4,34 4,75 5,18 5,61 6,06 6,51 6,98 7,45 7,94
8,44 8,95 9,48 10,02 10,59 11,17 11,77 12,39 13,04 13,71
ом 14,42 15,16 15,93 16,76 17,63 18,56 19,56 20,64 21 ,82 23,14
124,62 26,34 28,40 31,05 35,02 — — — — —
90
Поскольку количество окружностей в пределах одинаковых расстоя-
ний для кольцевых графиков при различных значениях v0 пропорцио-
нально значению Л, можно это учесть введением коэффициента Квок-
Наложив на график план подошвы фундаментов, вычерченный на
кальке в масштабе графика (1 : 200), подсчитывают количество точек,
которое находится в пределах площади каждого соседнего фундамента
или площади загружения. Рекомендуется план подошвы фундаментов
накладывать так, чтобы центр графика совпадал с центром тяжести
подошвы рассчитываемого фундамента и между осью фундамента и
ближайшим радиусом графика был угол, равный */4 угла между лу-
чами графика. Так как по условиям книги не представилось возможным
изобразить графики полностью, в прилож. 2 для сжимаемых толщ
15, 20 и 30 м приведены лишь их части. Поэтому для подсчета всех то-
чек пересечения, которые ложатся на соседние фундаменты, приходит-
ся вращать план фундаментов. При этом первый раз располагают его
так, чтобы ось фундамента отклонялась от одного из лучей графика на
угла между соседними’лучами. После подсчета точек пересечения
отмечают направление последнего луча и поворачивают план подошвы
фундаментов до совпадения с этим направлением луча без точек и под-
считывают точки пересечений, которые ложатся на новые участки фун-
даментов. Эту операцию производят до полного поворота графика по
кругу.
При наличии нескольких соседних фундаментов, поскольку при
построении графиков принято Д/7э=0,02 м, формула (6.44) будет иметь
вид
= ff9. ф + 0,02Кбок 2 ntKni, (6.45)
i=i ।
где Кбок — коэффициент, учитывающий боковое расширение грунта,
принимаемый по табл. 6.9; / —• количество фундаментов, учитываемых
расчетом; пг — количество точек графика, располагающихся в преде-
лах контура 1-го фундамента (точки, попадающие на контур фунда-
мента, считаются за полточки); Kat — коэффициент нагрузки i-ro
фундамента, определяемый по формуле
= (6-46)
где poi — давление по подошве соседнего ьго фундамента (или площади
загружения), под действием которого уплотняется грунт основания.
В poi не входит природное давление, не вызывающее уплотнение грун-
тов.
Для возможности определения Н3 с помощью графиков необходимо
знать значение расчетной сжимаемой толщи 7/р. В данном случае /7Р
дополнительно зависит от размеров, взаимного расположения и ха-
рактера загружения соседних фундаментов и площадей. Значение 7/р
можно найти, задавшись двумя значениями Н± и Н2 в соответствии с
условием (6.36). При выборе значений и Н2 надо иметь в виду, что
при учете загружения соседних фундаментов /7р может быть в 1,5. . .
2,0 раза больше, чем получается /7Р без учета этого влияния. Кроме
того, /71 и Н2 следует принимать равными значениям 5, 7, 10, 15, 20
91
(6-47)
или 30 м, для которых даны значения г в табл. 6.12 и построены
графики (см. прилож. 2).
При H-l и Н2 по формулам (6.37)...(6.40) найдем tnvml, mvm2, byl. by2,
• Ярфъ #рф2’ Далее, совместив центр графика, соответствующего Нг
и Н2 при vo=0,27 с центром тяжести площади подошвы рассчитывае-
мого фундамента, подсчитаем количество точек пересечения радиусов
и окружностей по графикам в пределах -контура каждого соседнего
фундамента и найдем соответствующие значения ni2. При наложе-
нии графики ориентируют несимметрично относительно соседних фун-
даментов на четверть угла между лучами графика. Затем определяем
размер расчетной сжимаемой толщи для принятых значений Нх и Н2
по формулам:
#pi = ^рФ1 + 0,04/(бок 2
i= 1
Яра = ^Рф2 + Д 04Кб(Ж 2
1= 1
где Яр4>1 и ЯРф2 — расчетные сжимаемые толщи для случаев Hi и Н2,
определяемые по формуле (6.40); — коэффициент, учитывающий
что при определении Яр принимается vo=0, в таком случае /(6ок=
—0,86; /’ — количество фундаментов, загрузка которых учитывается при
расчете осадки; п.ц и ni2 — количество точек пересечения радиусов и
окружностей, взятых для каждого фундамента по графикам, соответст-
вующим Hi и Н2; К'щ — коэффициент, зависящий от интенсивности за-
гружения i-ro фундамента и определяемый из выражения
Khi^PoiKR—ynd), (6.48)
где poi — интенсивность дополнительного давления по подошве со-
седнего i-ro фундамента (или рассматриваемой части площади загруже-
ния), под действием которого происходит уплотнение грунтов основа-
ния, кПа; R, уц и d — расчетное сопротивление грунта основания»
кПа, удельный вес грунта, кН/мя, и глубина заложения рассчитывае-
мого фундамента, м.
Далее по формуле (6.41) находят Hv и по формуле (6.32) или (6.32а)
определяют tnvm.
При расчете осадки относительно небольших фундаментов, около
которых расположены большие тяжело загруженные площади (фун-
даменты), в некоторых случаях трудно выполнить интерполяцию по
формуле (6.41), так как линия АВ (см. рис. 6.15) идет приблизительно
параллельно линии ОС. В таком случае рекомендуется значение
принимать равным значению расчетной сжимаемой толщи, получен-
ной при расчете осадки наибольшего соседнего фундамента (или пло-
щади загружения) с учетом загружения соседних фундаментов, но
обычно не более 30 м.
При известном значении Нр, руководствуясь формулами (6.45),
(6.47) и линейной интерполяцией, находят значение эквивалентной
92
сжимаемой толщи
яэ = 4©ж&+0,02К6ок £ Кв{ [nfl +7^7 (#₽-# 1) ]- (6-49)
i= 1
где 7<6ок — коэффициент, учитывающий боковое расширение грунта,
принимаемое по табл. 6.9; Лн, — коэффициент, определяемый по фор-
муле (6.46); пг1 и п12 — количество точек пересечения, определяемое
по графикам для среднего значения коэффициента бокового расшире-
ния грунта обычно vo=0,27 соответственно для Hi и Н2, подсчитывае-
мое раздельно для каждого соседнего фундамента. Остальные обозна-
чения приводятся в 6.9 и 6.10.
При вычислении Н3 по формуле (6.49) необходимо учитывать влия-
ние всех соседних фундаментов и площадей, попадающих в пределы:
данного графика. За пределами графика загружение фундаментов,
практически не оказывает влияния на осадку рассчитываемого. Осадку
ленточного фундамента определяют для участка с соотношением сторон
1 : 5. Площади за пределами этого участка рассматривают как сосед-
ние фундаменты. Зная Нэ и mvm, по формуле (6.33) определяют иско-
мую осадку.
Все эти расчеты можно производить, если известно значение ко-
эффициента бокового расширения грунтов v0, поскольку его значение
зависит от многих факторов, в том числе и от напряженного состояния
грунтов, в большинстве случаев можно принимать осредненное значе-
ние vo=0,27 или по табл. 6.9. Порядок расчета конечной осадки фун-
дамента с учетом загружения соседних фундаментов и площадей указан
в примере 6.12.
Пример 6.12. Определить осадку фундаментов колонн с сеткой;
6x6 м каркасного здания с учетом загружения соседних фундаментов,
если дано: все фундаменты имеют Ь—1=4 м, d=dn=2 м, /?=256 кПа,
фактическое давление по подошве по оси Б (рис. 6.18) рп в=236 кПа
и по осям А и В—риЛ1В=246 кПа, уп = 18 кН/м3, напластование
грунтов соответствует примеру 6.11 (см. рис. 6.16).
Расчет осадки фундамента 5.1. Определим по формуле (6.13) уплот-
няющие давления под фундаментами по оси Б
Роб = Рпб—TiA = 236—18-2 = 200 кПа
и по осям А и В
Poa,b = Piia, в—Ynde = 246—18-2 = 210 кПа.
2. В соответствии с условием (6.36) и руководствуясь примером 6.11,
учитывая, что влияние загружения соседних восьми фундаментов мо-
жет существенно отразиться на размере Яр, зададимся Нг=1 м, Н2=
= 10м.
3. Найдем осредненные коэффициенты относительной сжимаемости
для этих толщ по формулам (6.37) (рис. 6.19):
mvnl = 777 (2-0,00005-6 + 5-0,00009-2,5) = 0,00007 кПа"1;
(2 • Ь,00005 • 9 + 8 • 0,00009 • 4) = 0,000076 кПа"1.
93
4 ________ _
1 4 7
Рис. 6.18.. План подошвы фундаментов:
** Центр фундамен та 5 совмещен с центром расчетного графика при Hi = 7 м» Ve=0,27; б — то
же, при H2=10 м, vo=0,27
4. По формулам (6.39) определим ширину условных фундаментов
Для случаев и Я2:
_4 -200
У1 V 256-18-2
Г0,00007
V 0,00005
= 4,513 м;
200 0,000076 4 7П9
256-18-2 0.00005j ~ ZU/М'
5. Найдем значения юж1 и й)ж2 по табл. 6.10: при Н^Ь^-ИЬ, 513=
’Ч.бб! сож1=0,661, при Я2//>у2=10/4,702=2,127 <ож2=О,718 и, руко-
94
Рис, 6.19. Расчетная схема к примеру 6.12 (раз-
меры в м)
водствуясь формулами (6.40), получим
Яр.ф1 = 2-0,661-4,513 = 5,966 м;
Яр’ф2 = 2-0,718-4,702 = 6,752 м.
6. Наложив план подошвы фундаментов, вычерченный на кальке в
масштабе 1 : 200, на кольцевые графики прилож. 2 для Я1=7 м и Я2=
= 10 м так, чтобы центр тяжести подошвы фундамента 5 совпал с центром
графиков, подсчитаем ко-
личество точек пересечений
графиков, приходящихся
на каждый соседний фун-
дамент, т. е. определим пг
(рис. 6.18). Для упрощения
на рис. 6.18 не нанесено
несколько окружностей, не
попадающих на соседние
фундаменты.
При м для фунда-
ментов по оси Б п2^ =
= 10-2=20 точек пересече-
ний, для фундаментов по
осям А и В щ, з,
= 10-2+0,5=22, при Я2=
= 10 мдля тех же фунда-
ментов п21 в> и=18-2+2=38 точек пересечений и nu3t 4, ,, 7, ,=18-2+
+ 6,5-4=62 точки.
7. Найдем по формуле (6.48) для фундаментов по оси Б
К™, в .и = 200/(256—18 2) = 0,909,
по осям А и В Khi. з,4,в, ?,8=210/(256—18-2)=0,955
и по формулам (6.47) определим
Яр1 = 5,966 + 0,04.0,863 (20 - 0,909 + 22 - 0,955) = 7,319 м;
Яр2 = 6,752 + 0,04 • 0,863 (38 - 0,909 + 62• 0,955) = 9,988 м.
8. По формуле (6.41) найдем
„ _ 7,319 (10 -7)-7 (9,988 — 7,319) _Q й0 и
(10-7) —(9,988—7,319) У’8 М'
Примем Яр=9,9 м. Условие (6.36) удовлетворено.
9. Определим по формуле (6.32) средний коэффициент относитель-
ной сжимаемости грунтов основания (см. рис. 6.19)
tnvm = (2-0,00005.8,9 + 7,9.0,00009 - 3,95) = 0,000075 кПа"1.
10. Вычислим значение эквивалентной сжимаемой толщи Н9 по
формуле (6.45), для, чего определим <ож по табл. 6.10, при Hvlb=
=9,9/4=2,475 <ож=0,737 и найдем для фундаментов по оси Б Ян; = 1,
95
а по осям А и В /(^=2,1/2=1,05; для vo=0,30 по табл. 6.9 Кб0к—
= 1,058 и А = 1,225.
//э= 1,225.0,737.4 + 0,02.1,058 {1 [ 20+ 3®~ (9,9—7)] +
+ 1,05 [22+ ^=у (9,9 — 7)]]. = 5,75 м.
11. Тогда осадка фундамента 5 с учетом загружения соседних фун-
даментов 1...12 по формуле (6.33)
s6 = H9tnvmp0i = 5,75.0,000075- 200 = 0,086 = 8,6 см.
Полученное значение осадки существенно больше найденного в приме-
ре 6,11 без учета загружения соседних фундаментов, равного 3,9 см.
Аналогично рассчитаем осадку фундамента 4 с учетом влияния за-
гружения соседних фундаментов. Эта осадка п*? расчету получается
равной 6,0 см.
Неравномерность осадки будет
As = s5—s4 = 8,6—6,0 = 2,6 см.
По табл. 6.2. предельно допускаемая неравномерность осадок соседних
колонн каркаса равна 0,002. Следовательно,
Asu = 0,002-6 = 0,012 м= 1,2 см,
т. е. меньше ожидаемой по расчету. ‘
Необходимо принять меры по выравниванию осадки. Для этого
требуется уменьшить осадку фундаментов по оси Б, так как увеличе-
ние осадки фундаментов по осям А и В связано с уменьшением размеров
их подошв, что недопустимо, поскольку напряжения по подошве бу-
дут больше расчетного сопротивления грунта основания.
Требуемое увеличение размеров подошвы фундаментов по оси Б
можно установить трудоемким методом последовательного приближе-
ния. Однако проще эту задачу решить, как указано в 6.13 (см. пример
6.14).
6.12. РАСЧЕТ КРЕНА ФУНДАМЕНТА ИЛИ СООРУЖЕНИЯ
Фундаменты или сооружения получают крен вследствие внецент-
ренного нагружения основания; несимметричной загрузки поверхности
грунта около фундаментов; несимметричного залегания слоев грунта в
основании.
При внецентренном нагружении фундамента рассматривают раз-
дельно деформаций основания от центрально приложенной нагрузки,
приводящей к осадке, и деформации основания от момента сил и плос-
кости подошвы фундамента. Различают три основных случая расчета
крена фундаментов или сооружений.
Первый случай — сооружение или отдельйая несущая конструкция
опирается на жесткий фундамент, при этом сооружение или конструк-
ция может поворачиваться относительно горизонтальной оси, проходя-
щей через центр тяжести подошвы фундамента (дымовая труба, ко-
лонны эстакады и т. п.).
96
Таблица 6.13. Значения коэффициента Пуассона v0
Наименование грунтов
Крупнообломочные
Пески, супеси
Суглинки в пластичном состоянии
Глины в пластичном состоянии
0,27
0,30
0,35
0,42
Второй — жесткое сооружение опирается на несколько фунда-
ментов (бункерные галереи, водонапорные башни и т. п.).
Третий — поворот фундаментов приводит к искривлению конст-
рукции (например, нижней части колонн), сопровождающейся возник-
новением дополнительных усилий в этих конструкциях (одноэтажные
рамные конструкции и т. п.).
А, Первый случай расчета крена фундамента или сооружения.
Тангенс угла поворота прямоугольного фундамента, т. е. крен, при
действии момента СНиП рекомендуют определять по формуле
1 s k* /ofe5’ (6,50>
где v0 — коэффициент Пуассона грунта основания, принимаемый по
табл. 6.13; Ео — модуль деформации грунта основания, кПа; km —
коэффициент, принимаемый по разъяснениям к формуле (6.18); ke —
коэффициент, принимаемый по табл. 6.14 при £' = оо; Nu — нагрузка,
действующая в плоскости подошвы фундамента, кН; е — ее эксцент-
риситет, м; а — сторона прямоугольного фундамента в направлении
действия момента, м.
При расчете осадки фундамента по схеме линейно деформируемого
слоя при размере м или Ео^\0 МПа крен определяют по формуле
1 = ~ё^ Ь'йЩг (6ф51)
где km — коэффициент, учитывающий меньшую деформативность под-
стилающих слоев грунта, принимаемый по разъяснениям к формуле
(6.18); ke — коэффициент, принимаемый по табл. 6.14 в зависимости от
Т1 и %.
Для круглых фундаментов крен
<6-52)
где г — радиус подошвы фундамента, м; kt принимают по табл. 6.14.
При кольцевых фундаментах крен
(6-53)
^окт *
4 Зак. 562
97
где г — наружный радиус кольца, м; са^п)— коэффициент, прини-
маемый по данным Ф. Н. Бородачевой в зависимости от отношения
(п) внутреннего радиуса кольца к радиусу периметра (при
<0,6 со1(п) = 1, при п=0,8 (0^/2)=!,03, при и = 0,9 (о1(п)=1,1).
Таблица 6.14. Значения коэффициента ke в формулы (6.50)—(6.53)
Форма фундамента и направле- ние действия момента 1 Ко-.ффгциегт ke при £'=2H/bt рав) ом
0, 5 1 1 1 , 5 2 3 1 4 5 00
Прямоугольный с момен- том вдоль большей стороны 1 1,2 1,5 2 3 5 10 0,28 0,-29 0,31 0,32 0,33 0,34 0,35 0,41 0,44 0,48 0,52 0,55 0,60 0,64 0,46 0,51 0,57 0,64 0,73 0,80 0,85 0,48 0,54 0,62 0,72 0,83 0,94 1,04 0,50 0,57 0,66 0.78 0,95 1 ,12 1,31 0,50 0,57 0,68 0,81 1,01 1,24 1,45. 0,50 0,57 0,68 0,82 1,04 1,31 1,56 0,50 0,57 0,68 0,82 1,17 1,42 2,00
Прямоугольный с момен- том вдоль меньшей стороны 1 1,2 1,5 2 3 5 10 0,28 0,24 0,19 0,15 0,10 0,06 0,03 0,41 0,35 0,28 0,22 0,15 0,09 0,05 0,46 0,39 0,32 0,25 0,17 0,10 0,05 0,48 0,41 0,34 0,27 0,18 0,11 0,06 0,50 0,42 0,35 0,28 0,19 0,12 0,06 0,50 0,43 0,36 0,28 0,20 0,12 0,06 0,50 0,43 0,36 0,28 0,20 0,12 0,06 0,50 0,43 0,36 0,28 0,20 0,12 0;07
Кр углый 0.43 j 1 0,63 0,71 1 0,74 1' 1 0,75 0,75 0,75 0,75
Примечание. При использовании расчетной схемы основания в виде линейно дефор-
мируемого полупространства коэффициент ke принимают по графе, соответствующей £1еоо.
Если крен фундамента обусловлен несимметричным относительно
оси фундамента напластованием грунтов или большим влиянием за-
гружения соседних фундаментов или площадей с одной его стороны, то
его находят по формуле
J = (Si—s2)/L, (6.54)
где Si и s2 — осадки, подсчитанные около краев фундамента (на одина-
ковых расстояниях от края), м; L — расстояние между точками, в ко-
торых определяют осадки и $2.
Б. Второй случай расчета крена фундамента сооружения. Когда
высокое жесткое сооружение опирается на несколько фундаментов,
приходится рассчитывать крен всего сооружения. Для этого обычно
ограничиваются нахождением осадки фундаментов крайних рядов.
Осадку определяют от центрального нагружения фундаментов и учи-
тывают влияние загружения соседних фундаментов или площадей.
Полученные значения осадок и $2 подставляют в формулу (6.54), в ко-
торой в качестве размера L принимают расстояние между осями край-
них рядов фундаментов.
98
В.|Третий случай расчета крена фундамента. Этот случай относится
к конструкциям, которые, опираясь на фундамент, ограничивают воз-
можность его поворота. Крен фундамента при таких обстоятельствах
может быть найден в результате учета совместной работы грунтов ос-
нования и надземных конструкций. Следовательно, расчетом прихо-
дится учитывать податливую (упругую) заделку конструкций в фун-
даментах.
Пример 6.13. Определить крен фундамента открытой эстакады,
если дано: размеры подошвы фундамента />=3,2 м, /=4,8 м, на осно-
вание передается нагрузка #[,=3200 кН с эксцентриситетом е=0,63 м
по направлению I. Грунт супесь на большую глубину имеет модуль де-
формации £о=10 МПа—10 000 кПа.
По условиям задачи т] =///>=4,8/3,2= 1,5, а=/=4,8м. По табл. 6.13
vo=0,3 и по табл. 6.14 при £' = оо, Лге=0,68; km=l 1см. формулу
(6.18)]. Тогда по формуле (6.50) крен
. 1 0,3» ~ «о 3200*0,63 л ллд
1 = ЬТОООО • °’68 • (0,5-4,8)» =0»009-
6.13. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ ПОДОШВЫ ФУНДАМЕНТА
ИСХОДЯ ИЗ ЗНАЧЕНИЙ ПРЕДЕЛЬНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ
До последнего времени проектирование фундаментов по деформации
сводилось к проверке осадок и их неравномерностей. Расчет осадок
фундаментов в этом случае производится после установления его раз-
меров подошвы. Когда эта проверка показывает, что ожидаемые по
расчету осадки или их неравномерности больше предельно допусти-
мых значений, приходится изменять размеры подошвы или глубину
заложения и находить их методом последовательного приближения, до-
биваясь удовлетворения условий (6.2) и (6.3). Такой метод нахожде-
ния оптимального решения трудоемок. Целесообразнее определять
размеры фундамента"непосредственно из предельно допустимых осадок
и их неравномерностей с помощью ЭВМ или как изложено ниже.
Руководствуясь методом ограниченной сжимаемой толщи, можно
размеры подошвы найти из выражения *
6/<ож = (Лшг,я,Л/011)/(К115а), Г(6.55)
где b — искомая^ ширина фундамента, м; — коэффициент, подби-
раемый по табл. 6.10 в зависимости от соотношения Нр/Ь и /Сп; А — ко-
эффициент, принимаемый по табл. 6.9; tnvm — средний коэффициент
относительной сжимаемости грунтов основания, кПа-1; AfOII — нагруз-
ка, приложенная к обрезу фундамента, кН; /(п — отношение сторон
подошвы фундамента; su — предельно допустимая осадка фундамен-
та, л
Для нахождения тит зададимся двумя значениями сжимаемой тол-
щи th и Я2, руководствуясь условием (6.36), и определим значения
mvmi и m.vm2 по формулам (6.37).
* Далматов Б. И. Определение размеров фундаментов исходя из величины пре-
дельной деформации. Л., 1967.
4* Зак. 562
99
Далее в формулы (6.39) подставим значение р0 и получим
= /^oii/IAnU?—Тиф] И/пРД)1/тр1; \
—Уп^)]^ mvm2/mvl, I
где mvl — коэффициент относительной сжимаемости первого слоя
грунта, кПа-1; mvml и mvm2— средние коэффициенты относительной
сжимаемости соответственно для сжимаемой толщи и //2, кПа-1;
R — расчетное сопротивление грунта основания при ориентировочном
значении ширины подошвы фундамента, определяемое по формуле
(4.5), кПа; ун — удельный вес грунта в пределах высоты фундамента,
кН/м3; d — глубина заложения фундамента, м.
При выборе значений R и mvl руководствуются пояснением к форму-
лам (6.34) и (6.35). Зная&у1 и /?у2, по формулам (6.40) можно найти /7р1
и Яр2 и далее по формуле (6.41) вычисляется //р, а из выражения (6.32)
или (6.32а) определяется mvm. Таким образом, до нахождения ширины
фундамента можно вычислить значение mvTn. Это дает возможность
найти числовое значение правой части равенства (6.55), после чего лег-
ко подобрать ширину подошвы фундамента Ь, определяя одновременно
по табл. 6.10 значение <ож.
Достаточность найденного значения b должна быть проверена, ис-
ходя из величины расчетного сопротивления грунта. При найденных
размерах фундамента b и 1=КпЬ должно быть удовлетворено условие
(4.1).
По формуле (6.55) определяют размеры подошвы фундамента, когда
влияние загружения соседних фундаментов незначительно. Если это
влияние существенно, расчет производят по формулам:
д/<ож = (AmvmNoll)J ^Kns„—Q,02KBmvmK6^ nlPol j; (6.57)
nt = + [(»t-я,,) (tfp—tfx), (6.58)
где и ni2 — количество точек, определенное для соседнего i-ro фун-
дамента по графикам (см. прилож. 2) соответственно для случаев Hi
И Н2\ poi — дополнительное давление, под действием которого уплот-
няется грунт под соседним i-м фундаментом, кПа. Остальные обозна-
чения указаны ранее.
Следует обратить внимание, что подсчет точек Пц и ni2 возможен^
если даже соседние фундаменты не рассчитаны. В этом случае можно
любой соседний фундамент представить в виде квадрата, прямоуголь-
ника или круга без уточнения его размеров, но с обязательным опре-
делением значения pQi по формуле
.... Го( ~ ‘i (6.59)
где N9tu — нагрузка на соседний i-й фундамент, кН; Лф, — принятая
площадь подошвы i-ro фундамента, м2.
При выборе величины Лфг целесообразно исходить из расчетного
сопротивления грунта рассчитываемого фундамента без уточнения этого
значения применительно к размерам каждого соседнего фундамента.
100
Кроме того, важно, чтобы площади соседних фундаментов не наклады-
вались друг на друга.
Поскольку расчет по деформации более трудоемок, чем по расчет-
ному сопротивлению грунта, сначала находят размеры фундамента,
исходя из полного использования значения расчетного сопротивления
грунта, а затем, если ожидаемая осадка фундамента превышает пре-
дельно допустимое значение, по приведенным выше формулам (6.55)
или (6.57) определяют ширину подошвы фундамента. Когда'расчет
приводит к неприемлемым размерам подошвы, то решение надо ис-
кать, увеличивая глубину заложения, используя свайные фундаменты
или применяя искусственное улучшение грунтов основания.
В ряде случаев расчет по предельному значению осадки отдельного
фундамента приводит к значениям, удовлетворяющим условиям (6.2).
В то же время неравномерность осадки по расчету оказывается боль-
ше, чем это допускается условием (6.3). Тогда добиваются удовлетво-
рения этого условия путем уменьшения большей величины осадки
фундамента.
Пусть фундамент 1 дает осадку меньше осадки s2 фундамента 2.
Предельное значение осадки фундамента 2 будет обусловлено макси-
мальной осадкой фундамента 1 Si-при давлении по подошве, равном /?,
и предельным значениям разности осадок Asu = (As/L)uL:
s«2 = s1 + Asa, (6.60)
где L — расстояние между осями рассматриваемых фундаментов;
(As/L)u — предельно допустимая относительная неравномерность осад-
ки (см. табл. 6.2).
Полученное значение предельно допустимой осадки фундамента 2
подставим в формулу (6.55) или (6.57), тогда получим
й/<ож ~ (Arnz.mN „„)/[/<„ (s, + As„)];
ft _ _________________________________
/Сп(£14~Д$ц) 0,02Кп^г/лй^бок niPoi
i = 1
Все обозначения в этих формулах указаны ранее. Расчет по ним ве-
дется аналогично расчету по формулам (6.55) и (6.57). Для нахожде-
ния правой части равенств (6.61) и (6.62) необходимо предварительно
найти значение осадки фундамента 1 (обычно имеющего меньшую пло-
щадь). Если это требуется, учитывается влияние загружения соседних
фундаментов, как это изложено в 6.11.
При расчете размеров фундаментов отдельно стоящих дымовых
труб и других высоких сооружений приходится исходить из предель-
но допустимого крена. Руководствуясь формулой (6.52) или (6.53), не-
трудно получить требуемый диаметр подошвы круглого фундамента или
кольцевого. При круглом фундаменте
d = 23/[(\-vl)keNlle\!{Eokmia), (6.63)
где iu •— предельно допустимый крен сооружения. Остальные обозна-
чения даны к формуле (6.50).
(6.61)
(6.62)
101
При кольцевой форме подошвы фундамента, если задаться отноше-
нием диаметров dBH/dHp (рис. 6.20),
4.Р = 2j/[(l —v*) (n)]/(Eokmia). (6.64)
Рис. 6.20. Кольцевой фун-
дамент:
а — разрез; б — план
Значение соДп) принимают в соответствии с пояснениями к формуле
(6.53). Задаваясь диаметром внутренней вырезки, необходимо стре-
миться к тому, чтобы вынос консолей в кольцевом фундаменте от ли-
нии загружения наружу и внутрь был одинаков (рис. 6.20).
Пример *.14. В примере 6.12 получено недопустимое значение
неравномерности осадки. Требуется за счет изменения размеров подо-
швы фундаментов по оси Б уменьшить нерав-
номерность осадки до предельно допустимого
значения.
Согласно табл. 6.2 допускается предель-
ная разность осадок
- (Д*/Л)Л = 0,002 * 6 = 0,012 м = 1,2 см.
1. Подберем для фундамента 5 такое значе-
ние Ь, при котором удовлетворялось бы равен-
ство (6.62). Для этого найдем величины, входя-
щие в правую половину этой формулы, соглас-
но примеру (6.12): vo=O,3, Л = 1,225, Лп = 1,
по оси Б ро£=200 кПа, по осям А и В роАв^
= 210 кПа. Поскольку значение //р при изме-
нении b остается постоянным, т. е. равным
9,9 м, то tnvm =0,000075 кПа"1.
2. Определим
JVoii = Роъ Лф6 = 200 • 4 - 4 = 3200 кН,
где Лф5 — площадь подошвы фундамента 5.
3. Приняв подошвы всех фундаментов 4X4 м, по формуле (6.58)
найдем значения nt раздельно для фундаментов по оси Б и по осям А
и В по графикам прилож. 2 для м и //2=10 м (см. рис. 6.18):
«2. а. и=20 + ^7°(9,9-7) = 37,4;
«г, з, в, ,. з = 22 + ^(9,9-7) = 60,7.
4. Тогда по формуле (6.62) при Kg0K= 1,058 найдем
b ____________________1,225 0,000075-3200____________= 7 36 М
сож ” 1 (0,060+0,002-6)-0,02-1-1,058-0,000075(37,4-200+60,7-210)
5. Подберем значение b так, чтобы удовлетворялось это равенство.
При 6=5,2 м Яр/6=9,9/5,2=1,904 по табл. 6.10 сож=0,700, следова-
тельно, 6/о)ж=5,2/0,700=7,43 м>7,36 м, но если принять 6=5,1 м,
то 6/<йж=7,23 м, что меньше 7,36 м. С учетом модуля для подошвы фун-
дамента принимаем 6=5,2 м.
Производим проверку правильности решения, сохранив единое зна-
чение /?=256 кПа.
102
1. При размерах подошвы 5,2 х 5 2 давление по подошве фундамен-
тов по оси Б, под действием которого упло.няется грунт основания,
poi = Л/опМфь = 3200/(5,2-3,2) = 118,3кПа.
2. Зададимся, как и ранее, Ht—7 м, Я2=10 м, тогда согласно jipii-
меру 6.12 mvnr=0,00007 кПа-1, tnvm.2=0,000076 кПа-1.
3. Найдем Ьу1 и Ьу2 по формулам (6.39):
[&у1 = 5,2 18,3/(256—18-2) Иб?00007/0,00005 = 4,512 м; •
Ьуа = 5,2 К118,3/(256—18-2) КО,000076/0,00005 = 4,701 м.
4. В примере 6.12 получены практически такие же значения. Это
подтверждает, что fty не меняется при изменении размеров подошвы
фундаментов. Следовательно, без изменения останутся Ярф1 -=5,966 м
и //рф2=6,752 м.
5. Наложив план подошвы фундаментов при ft —/=-5,2 м по оси
Б так, чтобы центр тяжести фундамента 5 совпадал с центром соответ-
ствующих графиков, подсчитаем количество точек пересечений графи-
ков, приходящихся на каждый соседний фундамент, т. е. определим
nt. Планы фундаментов по оси Б изображены пунктиром на рис. 6.18.
При Нг=7 м для фундаментов по оси Б гса,8=19 - 2=38 точек Пере-
се ченийдля фундаментов по осям Л и В п1ч 7,9^22 точки пере-
сечений.
При Я2-=10 м и п2,8,11^35-24'3г=73 точки пересечена
^1, 3. 4 , Й1 7, 9“62.
6. Определим значение по формуле (6.48) для фундаментов по
оси Б при новом значении 7?-=271 кПа, соответствующем ft=-5,2’м
/<Н 2* 8, 11 = 1 18,
то же, по осям А и В
Кн 1.3,4.«. 7. э = 210/(271 —18-2) = 0,894
7 По формулам (6.47) при /QOK=0,863 найдем
Вр1 = 5,966 + 0,04.0,863 (38.0,503 + 22 • 0,894) = 7,322;
ЯР2 - 6,752 + 0,04-0,853 (73 • 0,503 + 62 • 0,894) - 9,933.
Эти значения Яр1 и ТУр2 приблизительно равны полученным до
увеличения подошвы фундамента. Следовательно, введение Ьу исклю-
чает влияние размеров подошвы фундаментов на 77р, небольшие рас-
хождения объясняются неточностью расчета и подсчета точек по графи-
кам. Поэтому примем, как и в примере 6.12, Яр=9,9 м.
8. Вычислим по формуле (6.45) значение Н3. При 77р/7?=9,9/5,2=
= 1,904 о)ж=0,700; по табл. 6.9 7<бок=1,058; по оси Б Кк1 = 1, а по осям
А и В /СН|-=210/118,3 — 1,775. По формуле (6.45) получим
Н3 = 1,225.0,700-5,2 + 0,02.1,058 (1 [38 + ™^ (9,9—7)] +
+ 1,775 [22 + -f=7 <9,9 — 7)] | = 8,258 м.
Ч —18-2) = 0,503- .
.-70?Хг1 - '/50 х'
юз
9. Осадка фундамента 5 размером 5,2 X 5,2 будет
s5 = 8,258 • 0,000075 • 118,3 = 0,073 м = 7,3 см.
При определении же размеров подошвы фундаментов по оси Б
исходили из предельной осадки
s5a = s4 + As - 0,06 + 0,002 • 6 = 0,072 м = 7,2 см.
Найденное значение s5 близко к предельно допустимому.
Таким образом, по формуле (6.62) можно находить размеры подо-
швы фундаментов по предельно допустимому значению осадки с учетом
допустимых перекосов и влияния загружения соседних фундаментов.
6.14. РАСЧЕТ ОСАДКИ ФУНДАМЕНТА ВО ВРЕМЕНИ
Осадки вследствие медленного развития деформаций водонасыщен-
ных пылевато-глинистых грунтов часто возрастают в течение не-
скольких лет и даже десятилетий. Это связано прежде всего с медлен-
ным процессом выдавливания воды из пор грунта при его уплотнении
(фильтрационная консолидация). Кроме того, это обусловливается еще
явлениями ползучести, развивающимися в грунте (вторичная консоли-
дация).
В настоящее время наиболее полно разработана теория фильтра-
ционной консолидации, расчетом по которой часто и ограничиваются
при определении осадок во времени. В^этом случае скорость затухания
осадок в значительной степени зависит от коэффициента фильтрации
грунта. При £ф^10~в см/с затухание осадок во времени можно не
рассчитывать..При меньших коэффициентах фильтрации такой расчет
проводят.
В теории фильтрационной консолидации получены решения слож-
ных задач при пространственном и плоском напряженном состояниях.
Однако для целей практики во многих случаях для однородных грун-
тов ограничиваются простыми решениями одномерной задачи.
В таком случае осадка за время t может быть найдена из выражения
st = Us, (6.65)
где U — степень уплотнения (степень консолидации); s— величина ко-
нечной (стабилизированной) осадки, см.
Значение U изменяется от 0 до 1 и определяется из решения диф-
ференциальных уравнений. Для одномерной задачи при постоянной
величине уплотняющих давлений по глубине
и = 1 - ± + |e-9'v + ^е-25" + (6.66)
где е — основание натуральных логарифмов; — величина в усло-
виях односторонней фильтрации отжимаемой воды (т. е. вверх)
W = (6-67)
104
где t — время уплотнения от начала загружения, годы; h — высота
уплотняемого слоя, м; cv — коэффициент консолидации, м2/год, рав-
ный
cv = k^(mvy„)t (6.68)
где /гф — коэффициент фильтрации грунта, м/год; mv — коэффициент
относительной сжимаемости грунта, кПа-1; — удельный вес воды,
кН/м3.
Помимо равномерного распределения давлений в уплотняющемся
слое (случай 0), эти давления могут распределяться и по другим зако-
нам: при уплотнении от собственного веса — по треугольнику с верши-
ной вверху (случай 1), при местной нагрузке — по треугольнику с вер-
шиной внизу (случай 2). Для этих случаев получены выражения U,
принципиально сходные с выражением (6.66). Для упрощения расчетов
в табл. 6.15 приведены значения N в зависимости от U для разных слу-
Таблица 6.15. Таблица значений W
и Значения N для случаев и Значения N ддя случаев
0 1 2 0 1 2
0,1 0,02 0,12 0,005 0,6 0,71 0,95 0,42
0,2 0,08 0,25 0,02 0,7 1,00 1,24 0,69
0,3 0,17 0,39 0,06 0,8 1,40 1,04 1,08
0,4 0,31 0,55 0,13 0,9 2,09 2,35 1 >77
0,5 0,49 0,73 0,24 0,95 2,80 3,17 2,54
чаев уплотняющих давлений: 0, 1 и 2 (рис. 6.21, а, б, в). В случаях
1 и 2 рассматривается фильтрация воды только вверх.
Если уплотняющие давления распределяются по трапециевидному
закону (рис. 6.21, г, д) с фильтрацией только вверх, то значения U
Рис. 6.21. Различные случаи уплотняющих давлений
и W можно определить по интерполяции табличных данных для случаев
0 и 1 или 0 и 2. Обозначим отношение уплотняющих давлений при z=
= 0 и z=h через V. Тогда значения для трапециевидного распределе-
ния уплотняющих давлений определяются выражениями:
для случая 0—1
/V0_1 = /V0 + (/V1-A/0)Z; (6.69)
105
для случая 0—2
^0-2^^2+(^0-^2)/'. (6.70)
Значения коэффициентов I и Г даны в табл. 6.16 в зависимости от
отношения V=pi/p2 (рис. 6.21, а, д).
Таблица 6.16. Таблица значений I и Г
Случай 0—1 Случай 0—2
V / V / V 1 ' V г
0,0 1,0 0,6 0,27 1,0 - 1,0 7 0,30
0,1 0,84 0,7 0,19 1,5 0,83 9 0,25
0,2 0,69 0,8 0,12 2 0,71 12 0,20
0,3 0,56 0,9 0,06 3 0,55 15 0,17
0,4 0,46 1,0 0,0 4 0,45 20 0,13
0,5 0,36 — — 5 0,39 — —
Если при треугольных или трапециевидных уплотняющих давле-
ниях фильтрация развивается вверх и вниз, то расчет ведут по слу-
чаю 0.
Приведенные формулы и таблицы дают возможность определить
осадку слоя грунта как функций времени. Конечной целью вычислений
является построение кривой затухания по ряду ее точек. Для этого
удобно принять несколько значений U, например (7=0,1; 0,2 и т. д.,
затем вычислить осадки, соответствующие этой степени уплотнения по
формуле (6.65). Для каждого значения U по табл. 6.15 отыскивают
значения N, соответствующие рассматриваемому случаю уплотняющих
давлений, и определяют время, необходимое для уплотнения грунта
до заданной степени
/ = (6.71)
Для расчета затухания осадок фундаментов конечных размеров во
времени можно воспользоваться методом эквивалентного слоя проф.
Н. А. Цытовича или методом ограниченной сжимаемой толщи (см. 6.8,
6.9). В таком случае слои грунта в пределах расчетной мощности сжи-
маемой толщи или мощности активной зоны
L h3 = h = 2h3 (6.72)
будут испытывать уплотнение. Если учитывать только главные направ-
ления токов фильтрации воды (вверх, вниз), в зависимости от того, бу-
дет фильтрация одно- или двусторонняя, рассматривают следующие
случаи уплотняющих давлений (рис. 6.22): односторонняя фильтрация
вверх. Вся эпюра находится в однородном грунте. Расчет проводят по
случаю 2; двусторонняя фильтрация (вверх и вниз) в слое толщиной
ha. Вершина треугольника лежит на более водопроницаемом слое,
106
чем уплотняющийся слой. Можно показать, что этот вариант приво-
дится к случаю 0, но для мощности слоя h=ha!2.
Пример 6.15. Определить осадку жесткого фундамента с размерами
подошвы 2,5 X 3,5 м, возводимого на мощном слое водонасыщенного
суглинка.
Даны: удельный вес суглинка у=18,4 кН/м3; то же, воды
= 10 кН/м3, коэффициент относительной сжимаемости при увеличении
нагрузки от 30 до 230 кПа; mv=
= 0,0001 кПа"1; глубина заложе- ъ 5)-
ния фундамента d= 1,8 м, удельное
давление на грунт рп=230 кПа;
коэффициент фильтрации k^—
= 2,0’ 10“8 см/с=2,0’10"8’3’107 =
= 0,6 см/год=0,006 м/год.
Определим величину полной
стабилизованной осадки фундамен-
та. Добавочное (уплотняющее) дав-
ление по подошве фундамента най-
дем по формуле (6.13)
pQ = 230—18,4 -1,8 = 200 кН/м2.
Рис. 6.22. Уплотнение грунта:
а — фильтрация только вверх; б — филь-
трация вверх и вниз
При отношении сторон подошвы фундамента
Кп = //6 = 3,5/2,5 = 1,4;
по табл. 6.8 для жесткого фундамента при vo=0,3 находим
^4'wconst 1,27.
Тогда мощность эквивалентного слоя грунта
/гэ = 1,27-2,5 = 3,18м.
По формуле (6.20) полная стабилизованная осадка
s = 3,18.0,0001.200= 0,064м = 6,4 см.
Затухание осадок рассчитываем по случаю] 2. По формуле (6.68)
вычислим коэффициент консолидации
cv = 0,006/(0,0001.10) = 6 ма/год = 60 000 см2/год.
При односторонней фильтрации (вверх) за расчетную мощность слоя
грунта принимаем полную высоту эквивалентной эпюры давлений й=
=/ia=2/ia=2-3,18=6,36 м=636 см.
Тогда по формуле (6.71)
t — N — 4-6362 N — 2 77V
1 лЧ ‘ 10-60000/ 2~z>"vr
Задаемся значениями U, определяем по табл. 6.15 N2 и вычисляем
t по формуле (6.71):
/ = 2,7.0,02 = 0,05 года
/ = 2,7-0,13=0,35 »
/ = 2,7-0,42=1,1 »
/ = 2,7-1,08 = 2,9 »
/ = 2,7.1,77 = 4,8 »
47 = 0,2 s( = 0,2-6,4= 1,3 см
(/ = 0,4 = 0,4-6,4 = 2,6 »
47=0,6 st = 0,6-6,4 = 3,8 »
47 = 0,8 s, = 0,8-6,4 = 5,1 »
47 = 0,9 s/ = 0,9-6,4 = 5,8 »
107
График затухания осадки во времени приведен на рис. 6.23.
Практически считают время полного затухания осадки при U =
= 0,9, что в данном примере соответствует 4,8 года.
При наличии слоистого напластования грунтов ниже подошвы фун-
дамента производят замену слоистого напластования условным одно-
родным грунтом, обладающим средними характеристиками. Далее уста-
навливают вид уплотняющих давлений и
условия фильтрации воды из основания.
После определения полной осадки рассчи-
тывают коэффициент консолидации, зада-
ются величинами U, вычисляют sf, а за-
тем с помощью табл. 6.15 определяют^, по
(6.71) находят t и строят график затухания
осадки во времени.
О 1 2 5 * Г б 1,годы
Рис. 6.23. График затухания Для расчета затухания осадок во вре-
осадок во времени (к при- мени при слоистом напластовании необхо-
меру 6.15) димо определить две характеристики услов-
ного однородного грунта: mvm — средний
коэффициент относительной сжимаемости, кПа"1, определяемый по
формуле (6.22); k^m — средний коэффициент фильтрации, м/год.
п
(6.73)
где k^i — коэффициент фильтрации i-ro слоя в пределах активной зо-
ны, м/год; hi — толщина i-ro слоя грунта, м,
л ах активной зоны h=2h9\
п — число слоев грунта в
пределах активной зоны.
Используя осредненные
характеристики слоистого
основания, затухание оса-
док во времени рассчиты-
вают по формулам:
4/i2
<6-74)
JI
находящегося в преде-
Рис. 6.24. Различные случаи фильтрации воды
при слоистом основании
(6.75)
Расчетные схемы уплот-
няющих давлений зависят
от числа поверхностей вы-
хода воды при фильтрации
ее в направлении действия
внешней нагрузки (рис.
6.24).
Схема а. Вершина эквивалентной эпюры уплотняющих давлений
лежит в слое грунта, водопроницаемость каждого последующего слоя
меньше водопроницаемости вышележащих слоев. В пределах Ла нет
108
слоев со свободным выходом воды. Средние характеристики слоистого
основания определяют по формулам (6,22) и (6.73), а затухание осадок
во времени рассчитывают по случаю 2 (см. табл. 6.15).
Схема б. На глубине ha имеется слой со свободным выходом воды.
Средние характеристики находят по формулам (6.22) и (6.73), а зату-
хание осадок во времени вычисляют как для основного случая 0 и за
расчетную мощность слоя принимают й=йа/2.
Схема в. В толще водопроницаемого слоя залегает слой значительно
менее водопроницаемый (например, в песке залегает слой глины).
За расчетную толщину слабо проницаемого (глинистого) слоя при опре-
делении среднего коэффициента фильтрации принимается ht. Этот слу-
чай соответствует случаю 0. Путь движения воды будет h—hil2,
hi — мощность глинистого слоя.
Схема г. Водонепроницаемая и несжимаемая порода (скала) зале-
гает на глубине, меньшей 2/ц. Определение средних характеристик
производят только для слоя hy. Затухание осадок во времени находят
как для случая трапециевидной эпюры напряжений (случай 0—2).
Глава 7
РАСЧЕТ ОСНОВАНИЙ ПО НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ
7.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Основания, как отмечено в гл. 1, в ряде случаев рассчитывают по
первому предельному состоянию (несущей способности).
Под действием внешней нагрузки в основании возникает напряжен-
ное состояние, которое характеризуется нормальными и касательными
напряжениями. При возрастании нагрузки в некоторых точках осно-
вания может возникнуть предельно напряженное состояние, при кото-
ром касательные напряжения в этих точках по некоторым наклонным
площадкам достигают сопротивления грунта сдвигу при действующих
по этим площадкам нормальных напряжениях. Дальнейшее возраста-
ние нагрузки будет вызывать в рассматриваемых точках развитие де-
формаций сдвигов, что приводит к перераспределению напряжений в
массиве грунта. Когда предельное напряженное состояние охватит
большую область и площадки сдвигов соседних точек образуют непре-
рывные поверхности скольжения, произойдет общее нарушение проч-
ности (устойчивости) основания, сопровождающееся сдвигом фунда-
мента совместно с массивом грунта основания. В основании образуется
поверхность скольжения, охватывающая всю подошву сооружения.
По этой поверхности происходит сдвиг фундамента или массива грун-
та вместе с фундаментом. Так как нарушение прочности грунта сопро-
вождается сдвигом по поверхности скольжения, предельное состояние
ио прочности в данной точке грунта характеризуется равенством каса-
тельного напряжения, действующего по элементарной площадке сколь-
жения, величине сопротивления грунта сдвигу на той же площадке.
Таким образом, условие возникновения предельного состояния по несу-
109
щей способности {устойчивости, прочности) представляет собой усло-
вие предельного равновесия при сдвиге. При этом считается, что нормаль-
ные и касательные напряжения а и т по всей поверхности скольжения
достигают значения, соответствующего предельному равновесию, вы-
численному по формуле
>a = <Jtg'Pi + q, (7-1)
где <pj — расчетный угол внутреннего трения грунта, град; с{ — расчет-
ное удельное сцепление грунта, кПа.
Несущую способность (прочность) основания находят по теории
предельно напряженного состояния грунта. Схема разрушения основа-
ния, принимаемая в расчете как статически, так и кинематически, долж-
на быть возможна для данного сооружения.
Расчет оснований по несущей способности должен производиться в
случаях, если:
а) на основание передаются значительные горизонтальные нагрузки
(подпорные стены, фундаменты распорных конструкций и т. п.), в том
числе сейсмические;
б) фундамент или сооружение в целом расположены на бровке от-
коса или вблизи крутопадающего слоя грунта;
в) основание сложено водонасыщенными пылевато-глинистыми и
заторфованными грунтами;
г) основание сложено скальными грунтами;
д) фундамент работает на выдергивание.
Целью расчета оснований по несущей способности является обес-
печение прочности оснований и устойчивости нескальных оснований,
а также недопущение сдвига фундаментов или опрокидывания.
Расчет оснований по несущей способности производят на основное,
дополнительное или особое сочетание нагрузок, исходя из условия:
F<VcFulyn, (7.2)
где F — расчетная нагрузка на основание, кН; ус — коэффициент ус-
ловий работы (для песков, кроме пылеватых, ус=1.0; для песков пыле-
ватых и пылевато-глинистых грунтов в стабилизированном состоянии
ус=0,9; для пылевато-глинистых грунтов в нестабилизированном со-
стоянии ус=0,85; для скальных грунтов: невыветрелых и слабовывет-
релых Yc=l; выветрелых ус=0,9; сильно выветрелых ус=0,8); Fu —
несущая способность основания (предельная), кН; уп — коэффициент
надежности по назначению сооружения, принимаемый равным 1,2;
1,15; 1,1 соответственно для сооружений I, II и III классов.
При расчетах оснований по несущей способности используют рас-
четные характеристики сопротивления грунтов сдвигу и сР Расчет-
ные значения ср, и с, определяют из формул (1.5), (1.11). Окончатель-
ный выбор ср, и С] производят с учетом инженерно-геологической обста-
новки.
Следует отметить, что условие (7.2) подразумевает ряд" расчетов
по несущей способности в зависимости от конкретных условий. На-
но
пример, при проектировании подпорной стенки рассматривают не-
сколько форм нарушения ее устойчивости: а) сдвиг по поверхности
основания, б) сдвиг основания совместно со стенкой. Условие (7.2)
проверяют по обоим случаям. При расчете на сдвиг по подошве рас-
четной нагрузкой будет давление грунта на подпорную стенку, а не-
сущей способностью основания — суммарные силы трения грунта по
подошве стенки. При расчете на сдвиг основания совместно со стенкой
нагрузкой будут силы, вращающие грунт и стенку вокруг какого-то
центра, а несущей способностью — силы, сопротивляющиеся’ этому
вращению (или соответственно момент вращающий и удерживающий).
В каждом отдельном случае составляют индивидуальную расчетную
схему и проверяют условие (7.2). Некоторые из этих расчетов выпол-
няют методом последовательного приближения, иногда достаточно тру-
доемким. *
При составлении расчетной схемы и выборе исходных данных учи-
тывают ряд обстоятельств. Если грунт основания или подземная часть
сооружения находятся ниже уровня подземных вод, учитывают взве-
шивающее действие воды. Взвешивание водой грунта и фундамента
значительно снижает устойчивость сооружений.
Определение значения Fu для водонасыщенных глин и суглинков
при текучепластичном и текучем показателе текучести производят с
учетом нестабилизированного состояния грунта вследствие медленного
отжатия под нагрузкой воды, заполняющей поры грунта. Для этого
используют следующий метод. По обычной методике, т. е. при полном
уплотнении грунта от действующего сжимаемого напряжения, строят
график зависимости сопротивления сдвигу от уплотняющего напряже-
ния т=o'tgcp1+cI. На этом графике устанавливают значение сопротив-
ления сдвигу при напряжении от действия собственного веса грунта,
а также при суммарном (ydz+azp), т. е. природном плюс дополнитель-
ном от сооружения, где d, — глубина залегания рассматриваемой
точки.
При действии напряжения о сопротивление сдвигу грунта в неста-
билизированном состоянии t/=0) равно сопротивлению грунта
сдвигу при природном напряжении ydz. После стабилизации грунта
(^=оо, £7=1) сопротивление сдвигу будет соответствовать суммарной
нагрузке (ydz+ozp). По теории консолидации (см. 6.14) в любой момент
времени можно найти степень консолидации (стабилизации) U, соот-
ветствующую этому времени. Затем по линейной интерполяции по по-
лученному ранее графику7 определяют сопротивление сдвигу ти, со-
ответствующее U.
При слоистом основании расчетные схемы составляют с учетом наи-
более опасных сочетаний условий: падения пластов в сторону возмож-
ного сдвига основания, наличия пластов с очень малым сопротивле-
нием сдвигу и т. п. Наконец, необходимо учитывать возможные небла-
гоприятные нагрузки и изменения в основании в период строительства
и эксплуатации сооружения, например увлажнение грунта при подъе-
ме уровня подземных вод, устройство в будущем глубоких выемок
рядом с сооружением, значительные нагрузки на поверхности грунта
(склады руды, угля) и т. п.
111
7.2. РАСЧЕТ УСТОЙЧИВОСТИ ФУНДАМЕНТА
ПРИ ДЕЙСТВИИ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СИЛЫ
При горизонтальной силе Fhl, действующей на фундамент, послед-
ний может сдвинуться по подошве, сдвинуться совместно с массивом
грунта, опрокинуться. Рассмотрим устойчивость фундамента на сдвиг
по подошве и опрокидывание. Устойчивость фундамента совместно с
основанием рассматривается в 7.5.
При расчете устойчивости фундаментов на сдвиг по подошве и с
массивом грунта исходят из предельного значения коэффициента устой-
чивости т]и. Сопротивление сдвигу по подошве оказывают силы трения.
Коэффициент запаса (устойчивости)
П = / (A\>i + G*.ri)/f7ofti>11II, (7.3)
где i]u=Yn/Tc — предельный коэффициент устойчивости; Nol — верти-
кальная составляющая расчетной нагрузки на обрез фундамента, кН;
б*,. г1 — расчетный вес фундамента и грунта на уступах, кН; f — расчет-
ный коэффициент трения материала фундамента по грунту (табл. 7.1);
Font — расчетная величина горизонтальной составляющей силы, дей-
ствующей по обрезу фундамента, кН.
Таблица 7.1. Коэффициент трения каменной или бетонной кладки по грунту
Наименование грунта Коэффициент трения Наименование грунта Коэффициент] трения
Глина в твердом состоя- 0,30 То же, пластичном 0,25
нии Супесь в твердом состоя- 0,50
То же, пластичном 0,20 нии
Маловлажный песок 0,55 То же, пластичном 0,35
Влажный песок 0,45 Скальная порода 0,75
Суглинок в твердом со- 0,45
стоянии
Если Еол1^>/:(^о1+Сф.Г1,) то целесообразно сначала найти вес
фундамента и грунта на ступенях, придать фундаменту желательную
форму, а затем сделать остальные проверки. Необходимый вес фунда-
мента и грунта находят из выражения
(7.4)
Если ((Voi+^.n), то определяют размеры фундамента как вне-
центренно загруженного, а затем проверяют на сдвиг по формуле (7.3).
Если коэффициент внутреннего трения грунта основания /г=
=tgtp, меньше, чем /, то может произойти сдвиг грунта по грунту не-
сколько ниже подошвы. Поэтому сравнивают f и Д и принимают мень-
шее из них. При связных грунтах учитывают сцепление и в формулы
вводят коэффициент сдвига f=tgt|>i, где ф, — угол сдвига для данного
нормального давления.
Проверку фундамента на сдвиг выполняют раздельно для строи-
тельного и эксплуатационного периодов. Если сооружение возводят
112
на каменной наброске или песчаной подушке, то делают проверку: а)
на сдвиг фундамента по наброске или подушке; б) на сдвиг наброски
или подушки по естественному основанию.
При тщательной засыпке пазух фундаментов их расчет на горизон-
тальную нагрузку может быть проведен с учетом сил трения Fr по
боковым граням фундамента, параллельным линии действия сдвигаю-
щей силы. Для фундаментов, неодинаково обсыпанных с различных
сторон, учитывают разность между активными давлениями грунта.
Силы трения FT определяют выражением
= (7.5)
где 2£а — сумма нормальных составляющих активного давления
грунта на две боковые грани фундамента, параллельные линии дей-
ствия сдвигающей силы.
Тогда необходимый вес фундамента
G*.rI = hZoftI-Z(^OI + 2£a)]/A (7.6)
Силу активного давления грунта, действующую на заднюю грань b
фундамента Е&ь, учитывают с тем или иным знаком, когда обсыпйа
имеется лишь с трех сторон. Пас-
сивное сопротивление грунта учи-
тывать нельзя, так как оно возни-
кает лишь после уплотнения грунта
при значительных перемещениях
фундамента в сторону засыпки. Для
сооружений, допускающих неко-
торое перемещение фундаментов в
сторону засыпки, влияние! разгру-
жающего давления грунта учитыва-
ется в пределах среднего значения
разности между силами пассивно-
го сопротивления и активного дав-
ления грунта.
Пример 7.1. Проверить устой-
чивость фундамента арки для усло-
вий, изображенных на рис. 7.1. Фун-
дамент бетонный с размерами подо-
швы 5x4 м, засыпан с трех сто-
рон, с четвертой — железобетонная Рис, 7.1. Расчетная схема к примеру
шпунтовая стенка. Перемещение 7.1 (размеры в м)
фундамента не допускается.
Грунт — мелкий песок, маловлажный с расчетными характеристи-
ками ф]= 32°, £,=0 и удельным весом У[= 18,5 кН/м3. Требуемое пре-
дельное значение коэффициента надежности по устойчивости г|„=1,30.
Определяем расчетный вес фундамента •-t-j ’
;сф1=4 • 5 • з. 22»1 з20|кн.; ~ ~
По табл. 7.1 коэффициент трения кладки о грунт /=0,55. Коэффи-
циент внутреннего трения грунта /r=tgcpT=tg32°=0,60. Для расчета
из
принимаем меньшее значение, т. е. /—0,55. По формуле (7.3) ц=0,55х
X (400+1320)/850= 1,11< 1,3.
Дополнительно учтем активное давление грунта и трение по боко-
вым поверхностям фундамента высотой h=3 м. Равнодействующая
давления грунта на 1 м периметра фундамента
^a-=--^tg2(45°—=
= (45°— у) = 83,0,302 «=25,2ГкН/м.
Давление на всю торцовую "'часть фундамента
£ах = 25,2-4= 101 кН/м.
Давление на обе боковые поверхности фундамента, параллельные
линии действия сдвигающей силы:
2 £а. б = 25,2.5.2 = 252кН/м.
Вычисляем правую часть уравнения (7.3) с учетом сил трения и
частичного погашения сдвигающей силы
Рис. 7.2. |УвеличениеДустойчивости фундамента
на сдвиг:
а — схема преобразования сил; б — наклон ^подошвы;
в — устройство зуба; г — при скальных грунтах
активным давлением грунта
по торцу фундамента:
ц = [0,55 (400+1320 +
+252)]/(850—101) = 1,45>
> 1,3.
Устойчивость фунда-
мента при горизонтальной
нагрузке может быть повы-
шена путем придания по-
дошве фундамента наклон-
ного положения (рис. 7.2,
а. б) или зуба (рис. 7.2, в).
Этим достигается уменьше-
ние сдвигающей силы Т{
вдоль наклонной подошвы
фундамента. В схеме в,
кроме того, наклонная по-
верхность сдвига 1—3 про-
ходит внутри грунта. Исхо-
дя из соотношения сдвига-
ющих и удерживающих сил
по подошве фундамента
1—3 и пренебрегая сопро-
тивлением сдвигу на го-
ризонтальном участке 3—4 (схема б), можно получить условие для
определения угла
0 = р—arctg (Yrf),
(7.7)
114
где 0 — угол наклона подошвы к горизонту; 0 — угол между нормаль-
ной составляющей и равнодействующей ?с=0,8 — коэффициент
условий работы; f—коэффициент трения (табл. 7.1).
Для схемы б при несвязных грунтах
0=₽-arctg(Vc/r). (7.8)
где /г— коэффициент внутреннего трения грунта.
Для связных грунтов при схеме в коэффициент устойчивости
(tgptgo+otgtpj+cjwj^j^e) ,7q.
я- tg(j-tgo ’
где ct — расчетное сцепление грунта, кПа; 1С — длина участка сдвига
(/—3), м; b — ширина фундамента, м.
Приведенные мероприятия эффективны, когда грунт обладает до-
статочно высоким сцеплением. В противном случае может произойти
сдвиг фундамента вместе с частью грунта по горизонтальной поверх-
ности 2—3.
Коэффициент устойчивости на сдвиг по линиям 2—3 (схемы бив)
получим, пренебрегая влиянием горизонтального участка 3—4 на
схеме б и участка, занятого зубом, на схеме в
(7.10)
При расчетах по схемам б и а в действующие нагрузки в этом случае
включается вес грунта в призмах 1—2—3, а для схемы в — в призме
1—3—5. Схема г применяется для скальных грунтов. Горизонтальный
сдвиг возможен по линиям 1—4 и 2—3 после преодоления сопротивле-
ния скалыванию бетона или скалы.
Расчет фундаментов на опрокидывание производится, когда равно-
действующая выходит за пределы ядра сечения подошвы фундамента.
Назовем относительным эксцентриситетом значение
e^elbu
где е — эксцентриситет равнодействующей относительно центра тяже-
сти площади подошвы фундамента; bi — размер подошвы фундамента
в плоскости действия момента.
Как показал Г. А. Войчек, при обычных коэффициентах надежности
по нагрузке на горизонтальные силы У/=1,2 в удерживающие Т/о—
= 0,8 коэффициент устойчивости на опрокидывание т) следующим обра-
зом связан со^значением е0:
е0 0,10 0,167 0,25
П 3,33 2,00 1,33
Следовательно, при соблюдении нормируемых ограничений условий
эпюры давления по подошве фундамента устойчивость последнего про-
тив опрокидывания обеспечена.
Расчет фундаментов, защемленных в грунте, является особым слу-
чаем расчета на горизонтальную нагрузку. Его выполняют для фунда-
ментов, у которых ширина подошвы значительно меньше глубины за-
ложения (см. 7.6).
115
7.3. РАСЧЕТ ОСНОВАНИЯ ПО НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ
•Д\ ПРИ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ НАГРУЗКЕ НА ФУНДАМЕНТ
При оценке устойчивости основания, загруженного горизонтальной
нагрузкой или стоящего на откосе (с^ ниже), считаются с возможно-
стью возникновения глубинного сдвига. Он заключается в том, что
сооружение с некоторым массивом грунта смещается по криволинейной
поверхности скольжения. В настоящее время существует несколько
методов расчета основания при глубинном сдвиге. Теоретически наибо-
лее развитыми являются методы теории предельного равновесия. Од-
нако большим их недостатком является значительный объем вычисли-
тельной работы. Тем не менее для однородных грунтов и при наличии
табулированных решений или вычислительных машин эти методы мо-
гут быть использованы.
Широко распространенным является метод, основанный на допу-
щении круглоцилиндрической поверхности скольжения. Этот метод
достаточно точен и универсален: он позволяет учитывать неоднород-
ность основания, влияние фильтрационных сил, нестабилизированное
состояние грунтов и т. п. Способ проверен практикой и обеспечивает
надежность получаемых результатов.
Метод основан на предположении, что сдвиг основания, потеряв-
шего устойчивость, происходит по круглоцилиндрической поверхности,
т. е. основание совместно с сооружением вращается вокруг некото-
рого центра О (рис. 7.3). Сущность
метода заключается в определении
минимального коэффициента запа-
са устойчивости т), отвечающего
заданным условиям и нагрузкам.
Коэффициент т] определяют как от-
ношение суммы моментов всех сил,
удерживающих основание (Муд),
относительно центра вращения О
к сумме моментов всех сил, сдви-
гающих (вращающих) основание
(Л4вр), относительно того же цен-
тра, т. е.
т) = Муд/Л!вр>1]и- (7-и)
При определении сдвигающих
горизонтальной нагрузке на фундамент
сил учитывают нагрузку от веса
сооружения и горизонтальную нагрузку Fhi, действующую на
него. К удерживающим силам относят силы трения 7\, развивающиеся
по поверхности скольжения под действием веса грунта и сооружения,
и силы сцепления грунта с,, действующие по той же поверхности
скольжения. Значение расчетного сцепления принимают для данного
пласта и на длине участка Ц поверхности скольжения. Для нахожде-
ния действующих сил сдвигающийся массив разбивают на блоки, опре-
деляют вес блоков Gi (на 1 м длины основания) и центры их тяжести.
Вес каждого блока прикладывают к неподвижной части основания в
116
точке пересечения вертикали, проходящей через центр тяжести блока,
с поверхностью скольжения.
Сила трения 7\ каждого блока
7'/ = ^<tg<pI/ = G/cosa/tg<pn, (7.12)
где Ni — нормальная составляющая веса Лго блока; аг- — угол накло-
на поверхности скольжения к горизонту в точке приложения веса Gz;
угол а, численно равен углу, образованному вертикалью и радиусом
дуги скольжения, проведенным в точку приложения веса Gf; cpIf—
расчетный угол внутреннего трения грунта на поверхности скольже-
ния Лго блока.
Таким образом, удерживающий момент на 1 м длины основания пер-
пендикулярной плоскости чертежа (рис. 7.3)
Mya=/?syrtg<p,r+/?s^ (7.13)
где R — радиус поверхности скольжения, м; с1( — расчетное сцепле-
ние, кПа; h — участок проекции поверхности скольжения, м.
Сдвигающий (вращающий) момент (см. рис. 7.3)
M^ = Nia +Fhld+Wlb1 — W2b2. (7.14)
При горизонтальной поверхности грунта можно принять Wi—W2,
и тогда
M^Nta+F^d. (7.15)
При использовании последнего выражения нужно вводить в рас-
счет вес сооружения за вычетом из него веса вытесненного грунта.
Таким образом, коэффициент запаса устойчивости основания со-
оружения для двумерной задачи определяется формулой
__ Я S tg (Pif 2 c\ih-/7 1
----------------------jV,a+Fft1d->т1«- (716)
Поскольку необходимо определить минимальный коэффициент
устойчивости основания, намечают ряд центров вращения О1( О2, 03,
(рис. 7.4) и производят расчет для соответствующих поверхно-
стей скольжения. Расчеты удобно вести в табличной форме (см. при-
мер 7.2). В результате расчетов получают коэффициенты запаса устой-
чивости т]1, т)а,Лз,... . От центров Ои 02, Оа,... в произвольном масшта-
бе от единицы откладывают отрезки, равные t]i, т|2,..., и концы отрезков
соединяют огибающей. В точках минимума находят т)^1п, т|”1п, т]”^.
Выполнив дополнительное построение, находят минимальный коэффи-
циент устойчивости Timin-
Когда коэффициент запаса устойчивости основания оказывается
меньше заданногот]и, принимают меры по повышению устойчивости ос-
нования, например заглубляют фундамент, увеличивают ширину его
подошвы, применяют свайный фундамент, после чего выполняют рас-
чет основания с учетом новых условий.
При расчете оснований сооружений на глубинный сдвиг следует
иметь в виду условия, влияющие на расчет (взвешивающее действие
воды, нестабилизированное состояние грунта и др., см. 7.5).
117
Силы трения грунта, развивающиеся от веса сооружения, учиты-
вают только при быстро уплотняющихся грунтах; при медленно уплот-
няющихся (суглинки, глины) их не учитывают,
Рис. 7.4. Определение минимального коэффициента устойчивости
а-9,0
Рис. 7.5. Расчетная схема к примеру 7.2 (размеры в м)
Пример 7.2. Рассчитать по несущей способности основание опоры
эстакады для условий, изображенных на рис. 7.5. Ширина фундамента
6 м, длина 12 м. Расчетные нагрузки на 1 м длины фундамента N{^
118
= 2000 кН, ЕЛ1=120 кН. Расчетные характеристики свойств грунтов
приведены на рисунке. Требуемый коэффициент запаса на устойчи-
вость т|гх = 1,2.
1. Намечаем первый возможный центр вращения О± на расстоянии
от опоры, равном ее ширине. ДугуЩоверхности скольжения проводим
через край подошвы фундамента.
2. Определяем действующие силы на 1 м длины фундамента. Очер-
ченный дугой массив разделяем на восемь блоков, измеряем углы ах,
а2,. . .,ая и заносим в табл. 7.2. Длину отрезков li9 дуги сколь-
жения определяем графически (табл. 7.2), причем в пределах каждого
отрезка грунт однороден. Находим вес блоков /, 2, 3,...,5 с учетом
разных удельных весов грунтов, принимая форму в виде треугольника
или трапеции. Например, вес блока 3
G3 = 3-3,5.18+ (5*2—3)+16 3—3). 3 5.19 - 369 кн.
з 7 1 2
Вес блоков С7 и С8 определяем без учета фундамента. Но из на-
грузки вычитаем вес грунта в объеме фундамента:
W = 2000—1-6-2 18= 1784лкН.
По значениям Gx, G2,... (табл. 7.2) находим нормальные составляю-
щие Ni и силы трения 7\.
Супеси уплотняются быстро. Учитываем силы трения от нагрузки
сооружения на блок 7. 7С= 1784-0,898-0,26=790 кН, что много боль-
ше сдвигающей силы Fhi.
3. Определяем удерживающий момент. Длина дуги скольжения в
пределах суглинка — 8,8 м, в пределах супеси — 24,3 м.
Удерживающий момент по формуле (7.13)
Л4уд = 18,6-1075,5+18,6 (20*8,8 +3-24,3)+ 790-18,6 = 39 ЗООкН-м,
4. Определяем вращающий момент по формуле (7.15)
Мвр = 1784’9+120-8,8= 17 ЮОкН-м.
5. Находим коэффициент устойчивости для центра О±
Т]г = Л4уД/Л4вр = 39 300/17 100 = 2,3 > 1 ^2.
Далее нужно наметить новые центры О2, О3... (см. рис. 7.4), найти
коэффициенты гц, Лг-” и затем определить минимальный коэффициент
T]min. Для сокращения примера расчеты не приводятся.
7.4. РАСЧЕТ ОСНОВАНИЯ,
ОГРАНИЧЕННОГО НИСХОДЯЩИМ ОТКОСОМ
Есш основание сооружения ограничено нисходящим откосом, то
даже при действии только вертикальных нагрузок может произойти
потеря его устойчивости, так как в данном случае имеется неуравнове-
шенная сила — вес откоса. Положение будет еще более невыгодным,
если на основание действует горизонтальная нагрузка в направлении
скольжения. Принципиальные основы расчета основания, ограничен-
но
н- Таблица 7,2, К примеру 7.2
о № блока ар град G., кН Ap-Gz.cosap кН
1 40 86,5 86,5-0,766 = 67
2 27 284,5 284,5 0,897 = 256
3- 17 369 369*0,956 = 353
4 6 445 445*0,994 = 443
5 5 364 364*0,996=362
6 14 333 333 0,970 = 323
7 26 393 393*0,898 = 353
8 42 86,5 86,5*0,743 = 64,3
Фр град = кН кПа Zz, м
22 67-0,40 = 26,8 20 4,4
26 256.0,49— 125 3 4,4
26 353-0,49= 173 3 3,6
26 443 0,49 = 217 3 3,7
26 362-0,49=177 3 3,6
26 323-0,49=158 3 3,3
26 353 0,49= 173 3 5,7
22 64,3-0,40 = 25,7 20 4,4
ST, = 1075,5 кН
ного откосом, такие же, как и в предыдущем случае. Коэффициент
устойчивости определяют по формуле (7.11), удерживающей момент —
по формуле (7.13).
Вращающий (сдвигающий) момент определяется иначе, так как
вес массивов грунта Fi и Ц72 по обе стороны от центра вращения раз-
ный. Вследствие этого при разложении сил появляются сдвигающие
силы Fci (рис.. 7.6)
Fci — GfsinaP (7.17)
Тогда вращающий момент с учетом сил, действующих на сооружение,
Чр = я 2 Gisin а/ + Nia + Fhxd. (7.18)
Знак силы FhX принимают положительным, если направление соот-
ветствующей силы совпадает с направлением сдвига откоса, и отрица-
Рис. 7.6. Схема усилий при расчете
основания, ограниченного нисходя-
щим откосом
Рис. 7.7. Положение поверхностей
скольжения при свайном фунда-
менте
тельным, если направление силы противоположно направлению сдвига.
Таким образом, окончательно
X] = Я 2 i tg Фк* S c\di । д)
Повторными расчетами, как в предыдущем случае, определяют ми-
нимальный коэффициент устойчивости, который должен быть равен
или больше значения т]и.
В результате расчета может оказаться, что коэффициент4 устойчиво-
сти меньше требуемого. Тогда принимают меры по увеличению устой-
чивости, например заглубляют фундамент сооружения, увеличивают
ширину подошвы фундамента, делают откос более пологим, пригру-
жают нижнюю часть откоса, устраивают свайный фундамент. После
того как намечены необходимые меры, повторно рассчитывают устой-
чивость с учетом новых условий.
Когда для увеличения устойчивости сооружения используют свай-
ные фундаменты, расчет устойчивости основания производят в зависи-
мости от возможного положения поверхности скольжения (рис. 7.7).
Если поверхность скольжения огибает нижние концы свай, то расчет
121
ведут обычным путем по формуле (7.1) с определением минимального
коэффициента устойчивости. Если же кривая скольжения пересекает
сваи, то дополнительно учитывают сопротивление свай срезу. Кроме
того, производят расчет прочности свай на изгиб. Из полученных двух
минимальных коэффициентов устойчивости принимают наименьший.
При расчете оснований, ограниченных нисходящими откосами, также
учитывают взвешивающее действие воды, гидродинамическое ее давле-
ние и другие особенности работы основания.
Пример 7.3. Рассчитать основание сооружения по несущей спо-
собности для условий, изображенных на рис. 7.8. Сооружение с фун-
даментом в виде плиты с
размерами 10x40 м распо-
ложено на бровке откоса.
Давление по подошве фун-
дамента равно 180 кПа.
Грунт — суглинок, одно-
родный на большую глуби-
ну. Расчетные характери-
стики суглинка (pj^20°,
Cj=20 кПа, удельный вес
Yj = 19 кН/м3. Требуемый
коэффициент устойчивости
т] = 1,3.
Расчет ведем на 1 м
длины откоса. Намечаем
первый возможный центр
вращения проводя дугу
скольжения через край
фундамента сооружения и
подошву откоса. Сдвигаю-
щийся клин грунта разби-
ваем на семь блоков. Все
Рис. 7.8. Расчетная схема к примеру 7,3 (раз-
меры в м)
расчеты ведем в табличной
форме. Обозначения сил, углов и других величин на чертеже простав-
лены не все, чтобы не загромождать его. Определяем вес блоков,
сдвигающие силы и силы трения (см. табл. 7.3).
Момент удерживающих и сдвигающих сил по формулам (7.13) и
(7.18)
Л!уд = 1186,3.36 + 36,4.20-36-68 800 кНм.
При ГЛ1 = 0 и Л\ = 10-180=1800кН,
Л4вр = 809,6 • 36 + 1800 • 19 = 63 300 кНм.
Коэффициент устойчивости
п = Муд/Мвр = 68 800/63 300 = 1,09 < 1,3.
Основание не обладает необходимой устойчивостью. Продолжать
расчет для других центров О2, 03... не имеет смысла; Необходимо_при-
122
Таблица 7.3. К примеру 7.3
№ блока Вес блока, кН Угол a, град Сдвигающие силы, кН Силы трения, кН Длина дуги, м
1 G1 = 0,5-5,7-419 = 216 10 Fel = —216-0,173 = —37,4 7\ = 216-0,984-0,35 = 74,3 6,0
2 G2 = 0,5(4-| 6,5)4,6-19 = 472 2 Fc2^~472-0,034 = —16 T2 = 472-0,999-0,35= 165 4,8
3 G3 = 0,5 (6,8 + 8,3) 4,3• 19 = 620 5 />3 = 620 0,087 = 54 Г3 = 620-0,996-0,35 = 216 4,3
4 G4 = 0,5 (8,3+10) 4,9-19 = 850 14 F ci =850-0,241 =204 7-4 = 850.0,970-0,35 = 288 5,0
5 Gs = 0,5 (10 + 8,7) 4-19 = 710 20 Fc5 = 710 0,342 = 242 7^5 = 710’0,939-0,35 = 233 4,3
6 G6 = 0,5 (6,7-|-4) 5-19 = 510 28 />« = 510-0,469 = 249 Te = 510-0,882-0,35 = 157 5,7
7 G, = 0,5 (4+5) 19=190 37 Fc,= 190-0,601 = 114 Т7= 190-0,798-0,35 = 53 6,3
- S/>; = 809,6 кН S7\= 1186,3 кН S/f = 36,4 м
Примечание. Грунт —сугл инок уплотняется медленно. Силы трения в грунте от веса сооружения не учитываются.
нять меры по повышению устойчивости основания (см. выше), а затем
рассчитать его заново, добиваясь коэффициента устойчивости т]^1,3.
Расчеты оснований на выдергивание и при наличии скальной породы
в основании являются для промышленного и гражданского строитель-
ства относительно редкими и поэтому не рассматриваются. При необ-
ходимости с ними можно ознакомиться в СНиПе.
7.5. РАСЧЕТ ОСНОВАНИЯ ПО НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ
ПРИ ВЕРТИКАЛЬНОЙ И НАКЛОННОЙ НАГРУЗКЕ (НА ВЫПОР)
При постепенном увеличении нагрузки на основание, как извест-
но, различают три фазы напряженного состояния: уплотнения, сдви-
гов и разрушения (выпирания). Давление, при котором происходит
переход от фазы сдвигов к разрушению, соответствует несущей способ-
ности грунта, т. е. наступлению предельного состояния по условию
несущей способности (прочности, устойчивости). Это предельное со-
стояние и рассматривается ниже.
Возникает вопрос, в каких условиях требуется определять это дав-
ление (или равнодействующую — силу). Как известно, в общем слу-
чае давление по подошве фундамента не должно превосходить величину
расчетного сопротивления грунта основания (см. гл. 4). Это обуслов-
ливает возможность расчета осадок. Расчетное сопротивление опреде-
ляют по характеристикам сопротивления грунтов сдвигу в уплотнен-
ном состоянии грунта. Но характеристики сопротивления сдвигу во-
донасыщенных пылевато-глинистых и заторфованных грунтов сильно
изменяются с изменением влажности (плотности). Для этих грунтов в
начальный период уплотнения основания сопротивление сдвигу будет
гораздо меньше, чем в конце уплотнения. Поэтому потеря устойчиво-
сти, связанная со сдвигом, может произойти уже при нагрузке, мень-
шей расчетного давления на грунт основания. Особенно сильно это
проявляется п^и быстром возрастании нагрузки (загружение склада,
элеватора, спуск судна по слипу и т. п.).
Расчет по несущей способности на выпор может потребоваться и для
песчаных оснований, но уже по другим причинам. Песчаные грунты
отличаются малой сжимаемостью, и расчетные осадки фундаментов
часто далеко не достигают предельных. В этом случае появляется воз-
можность увеличить нагрузку на основание, но до безопасных преде-
лов. Безопасное давление на основание можно найти, определив пре-
дельное давление и разделив его на коэффициент надежности.
Общая теория предельного состояния грунта основания рассмат-
ривается в курсе механики грунтов. Из нее известно, что под действием
вертикальной нагрузки под подошвой фундамента формируется ядро
в виде клина уплотненного грунта. Это ядро оказывает расклиниваю-
щее действие на окружающую массу грунта. При значительной на-
грузке окружающие массы смещаются в стороны и вверх (рис. 7.9).
Нагрузка, соответствующая такому моменту выпора грунта, является
предельной несущей способностью основания (на выпор). : ,
Теоретическое определение предельной нагрузки достаточно слож?
но. Однако если некоторые коэффициенты дают в таблицах или гра-у
124
фиках, то практическое использование методов значительно упрощает-
ся. Ниже излагается метод расчета, приведенный в СНиПе.
Вертикальную составляющую силы предельного сопротивления
Nu (несущей способности) основания, сложенного нескальными грун-
тами, в стабилизированном состоянии допускается определять по фор-
муле (7.20), если: фундамент имеет плоскую подошву, грунты основа-
ния ниже подошвы однородны до глубины не менее ее ширины, а в слу-
чае различной вертикальной пригрузки с разных сторон фундамента
большая из них не превышает 0,5 R (R — расчетное сопротивление
грунта основания).
N^b'l'iN^b'^ + N^d + N^), (7.20)
где Ь'—'приведенная длинами ширина фундамента, вычисляемые по
формулам
Рис. 7.9. Выпор грунта при наклонной наг-
рузке
/'=/—2ez; Ь' = Ь—2еъ, (7.21)
где еь— соответственно эксцентриситеты приложения равнодейст-
вующей нагрузок в направлении продольной и поперечной осей фун-
дамента, м; A/v, N Nс — безразмерные коэффициенты несущей спо-
собности, определяемые по
табл. 7.4 в зависимости от
расчетного значения угла
внутреннего трения грунта (pj
и приведенного угла накло-
на к вертикали 6 равнодей-
ствующей внешней нагрузки
на основание в уровне
подошвы фундамента, кН;
Yj и yj — расчетные зна-
чения удельного веса грун-
тов, кН/м3, находящихся в
пределах возможной призмы
выпирания соответственно ни-
же и выше подошвы фун-
дамента (при наличии под-
земных вод определяют с уче-
том взвешивающего действия
воды); Cj — расчетное зна-
чение удельного сцепления
грунта, кПа; d — глубина заложения фундамента, м (в случае неоди-
наковой вертикальной пригрузки с разных сторон фундамента при-
нимается значение d, соответствующее наименьшей пригрузке, напри-
мер со стороны подвала); £?, Ес — коэффициенты формы фунда-
мента, определяемые по формулам
^=1 + ^Г’ <7-22)
где т]=//£>; здесь / и b — длина и ширина подошвы фундамента, прини-
маемые в случае внецентренного приложения равнодействующей рав-
ными приведенным значениям Г и Ь’, определяемым по формулам (7.21).
125
~ Таблица 7А. Коэффициенты несущей способности
о Угол внутрен- Коэффи- циент Угол наклона p вертикали равнодействующей внешней нагрузки 6, град
него тре- ния фр град 0 5 10 15 20 25 30 35 40
0 Nq Nc 0,00 1,00 5,14
5 Nv Nq Nc 0,20 1,57 6,49 70,05j { 1,26 } 12,937 6' = 4,9°
10 Nv N4 Ne 0,60 2,47 8,34 0,42 2,16 6,57 Г0.121 {1,60 (3,387 d'=9,8°
15 Nv N4 Nc 1,35 3,94 10,98 1 ,02 3,45 9,13 0,61 2,84 6,88 Л),2Ц {2,06} 13,947 6’= 14,5°
20 Nf Nq Nc 2,88 6,40 14,84 2,18 5,56 12,53 1 ,47 4,64 10,02 0,82 3,64 7,26 f0,36^ {2,69} И, 65; 6' - 18,9°
25 N у N4 Nc 5,87 10,66 20,72 4,50 9,17 17,53 3,18 7,65 14,26 2,00 6,13 10,99 1,05 4,58 7,68 f0,58\ {3,60} U,58; 6' --22,9°
Пр одолжения табл. 7.4
Угол внутрен- него тре- ния q)j, град Коэффи- циент Угол наклона к вертикали равнодействующей внешней нагрузки 6, град
0 5 -10 15 20 25 30 35 40
30 Nv Nq Nc 12,39 18,40 30,14 9,43 15,63 25,34 6,72 12,94 20,68 4,44 10,37 16,23 2,63 7,96 12,05 1,29 5,67 8,09 /0,95А {4,95} (б,85; 6' = 26,5°
35 N-t Nq Nc 27,50 33,30 46,12 20,58 27,86 38,36 14,63 22,77 31,09 9,79 18,12 24,45 6,08 13,94 18,48 3,38 10,24 13,19 Л,601 П,041 I8,63j 6' = 29,8°
40 N у Nq Nc 66,01 64,19 75,31 48,30 52,71 61,63 33,84 42,37 49,31 22,56 33,26 38,45 14,18 25,39 29,07 8,26 18,70 21,10 4,30 13,11 14,43 Г 2,79| { 10,46} (11,27; д'=32,7и
45 Nq Ne 177,61 134,87 133,87 126,09 108,24 107,23 86,20 85,16 84,16 56,50 65,58 64,58 32,26 49,26 48,26 20,73 35,93 34,93 11,26 25,24 24,24 5,45 16,82 15,82 ( 5,22А { 16,42} (15,82; д' =35,2°
Примечания: 1. При промежуточных, значениях фр б коэффициенты Nyf Nq, Ne допускается определять по интерполяции. 2. В фи-
гурных скобках приведены значения коэффициентов несущей способности соответствующие предельному значению угла наклона нагрузки
исходя из условия tg 6<sin
ьо
Если i]=//fc<l, в формулах (7.22) следует принимать т] = 1.
Угол наклона к вертикали 6 равнодействующей внешней нагрузки
на основание
tg6 = FAI/^, (7.23)
где ЕЛ1 и — соответственно горизонтальная и вертикальная состав-
ляющие внешней нагрузки на основание в уровне подошвы фунда-
мента.
Расчет по формуле (7.20) допускается выполнять, если соблюдается
условие
tg6<sin<pI. (7.24)
При использовании формулы (7.20) в случае неодинаковой пригруз-
ки с разных сторон фундамента в составе горизонтальных нагрузок
следует учитывать горизонтальное давление грунта. Если условие
(7.24) не выполняется, следует производить расчет фундамента на сдвиг
по подошве. За сторону фундамента, вводимую в первое слагаемое
(в скобках) формулы (7.20), принимают ту сторону, в направлении ко-
торой ожидается потеря устойчивости (сдвиг грунта по поверхности
скольжения). Если от силы Fhx момента Мх смещения, вызываемые
каждым из них, направлены в разные стороны, то следует производить
два варианта расчета, принимая ЕЛ1=0 или е=-0. Пригрузка от веса
пола заменяется эквивалентной нагрузкой грунтом с удельным
весом
Пример 7.4. Рассчитать по несущей способности основание фунда-
мента колонны каркасного здания с подвалом. Здание I класса. Грунт
пылевато-глинистый. Расчет выполнить для стабилизированного со-
стояния грунта.
Исходные данные: Nx = 1100 кН, ЕЛ1=70 кН, 4^=88 кН-м. FhX
и Мх учитывают давление грунта на стену подвала. Фундамент отдель-
ный, размеры подошвы /=3 м, ft=2,4 м. Глубина заложения относи-
тельно пола подвала (приведенная) d=0,8 м. Характеристики грунта
для расчета по несущей способности: 4^ = 16°, ^=10 кПа, = 17 кН/м3.
Эксцентриситет равнодействующей
г = MXINX = 88/1100 = 0,08 м.
Приведенные размеры фундамента по формулам (7.21)
/' = 3,0 —2-0,08 = 2,84м; ft'=ft; /'/ft'= 2,84/2,4= 1,18.
Коэффициенты по формулам (7.22)
= 1 — 0,25/1,18 = 0,79; ^=1 + 1,5/1,18 = 2,27;
Ес= 1+0,3/1,18 = 1,25.
Определим угол наклона равнодействующей по формуле (7.23)
tg 6 = 70/1100 = 0,063; 6 = 4°.
Для <pj= 16° и 6=4° по табл. 7.4 коэффициенты несущей способно-
сти Л/?=1,08; Л^=3,55; Л/с=9,35.
128
Эксцентриситет по направлению длинной стороны. Вертикальная
составляющая силы предельного сопротивления (несущей способно-
сти) по формуле (7.20)
Л^и = 2,4-2,84 (1,08* 0,79-2,84-17 +3,55.2,27-17-0,8 +
+ 9,35-1,25-10) = 1760 кН.
Для заданных условий ус=0,9; уп=1,2. Тогда по формуле'(7.2)
0,9-1760/1,2= 1318>1100 кН. Основание устойчиво.
Предельное сопротивление основания (однородного ниже подошвы
фундамента до глубины не менее 0,75 Ь), сложенного медленно уплот-
няющимися водонасыщенными грунтами, допускается определять
следующим образом.
Вертикальная составляющая силы предельного сопротивления
основания (несущая способность) ленточного фундамента, кН/м,
пи = Ь' [<? + (! +л—а + cos а) Cj], (7.25)
где Ь' — то же, что и в формуле (7.20); q — пригрузка с той стороны
фундамента, в направлении которой действует горизонтальная состав-
ляющая нагрузки, кПа; — расчетное значение удельного сцепле-
ния грунта, кПа; л=3,14; а—- угол, определяемый по формуле
а = arcsin . (7.26)
Здесь fh — горизонтальная составляющая расчетной нагрузки на 1 м
длины фундамента, определяемая с учетом активного давления грунта,
кН/м.
Формулу (7.25) допускается использовать, если выполняется усло-
вие
fh^b'cx. (7.27)
Силу предельного сопротивления (несущую способность) основания
прямоугольного фундамента (при 1^3Ь) при действии на него верти-
кальной нагрузки допускается определять по формуле (7.20), полагая
Во всех случаях, если на фундамент действуют горизонтальные на-
грузки и основание сложено грунтами в нестабилизированном состоя-
нии, следует производить расчет фундамента на сдвиг по подошве.
7.6. РАСЧЕТ УСТОЙЧИВОСТИ ГЛУБОКИХ ФУНДАМЕНТОВ
Грунты оснований фундаментов глубокого заложения работают
в других условиях по сравнению с основаниями фундаментов мел-
кого заложения: столбы (любой конструкции) сооружают без вскры-
тия основания котлованов, т. е. без разрушения дна — забоя; верти-
кальная нагрузка передается на грунт через подошву (давление) и
через боковую поверхность (трение); под вертикальной нагрузкой вы-
пор не происходит; столб плотно примыкает к грунту и поэтому хорошо
работает на горизонтальную нагрузку. В аналогичных условиях рабо-
тают фундаменты из опускных колодцев. Поэтому особенности расче-
Зак. 562
129
та, приведенные ниже для столбов, распространяются на опускные
колодцы.
При расчете фундаментов на вертикальную нагрузку выбирают тип,
материал, конструкцию столбов, определяют несущую способность
одного столба по СНиПу. Далее находят необходимое количество стол-
бов, конструируют ростверк, проверяют давление на грунт в плоскости
нижних концов, производят расчет по деформациям, как и для свай-
ных фундаментов.
Расчет на горизонтальную нагрузку выполняют с учетом защемле-
ния фундамента в грунте как в упругой среде. Метод расчета зависит
от приведенной высоты столба
й=2,5/ад,
где ад — коэффициент деформации (см. п. 9.4.3).
Если fe>2,5, то расчет ведут как для свай; если й^2,5, то столб
рассматривают как жесткий массивный фундамент глубокого заложе-
ния.
Используют расчетные нагрузки для расчета по I предельному со-
стоянию (прочности, устойчивости). Грунт считается упругим телом,
свойства которого характеризуются коэффициентом постели, линейно
возрастающим по глубине. Используя метод строительной механики,
определяют реактивное нормальное давление грунта по подошве и бо-
ковой поверхности фундамента. Краевое давление по подошве не
должно превышать /? — расчетное сопротивление грунта. Под дейст-
вием горизонтального давления столба грунт может потерять устой-
чивость. Предельную нагрузку на грунт определяют методом теории
предельного равновесия: вводят некоторые понижающие коэффициенты.
Максимальное горизонтальное давление на грунт не должно превышать
соответствующей допускаемой величины.
Более подробные сведения о расчете оснований глубоких фундамен-
тов содержатся в специальной литературе по основаниям и фундамен-
там опор мостов [38].
Глава 8
РАСЧЕТ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ФУНДАМЕНТОВ
НА ПРОЧНОСТЬ*
8.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Расчет железобетонных фундаментов по прочности производят в
последнюю очередь, когда уже выполнены все необходимые расчеты
основания, т. е. подобраны размеры подошвы фундамента, проверена
осадка и др. В состав конструктивного расчета входят: а) определение
реактивного давления грунта на подошву; б) определение или проверка
высоты плитной (ступенчатой) части фундамента; в) проверка прочно-
* Гл. 8 составлена в соответствии со СНиП 11-21—75.
130
сти нижней ступени; г) подбор сечения арматуры в разных частях фун-
дамента. В условиях курсового проекта по дисциплине «Основания и
фундаменты» обычно выполняют только определение опалубочных раз-
меров фундаментов по пп. а — в и притом только для нетиповых
фундаментов. Подбор сечения арматуры и ее конструирование, как пра-
вило, выполняются в курсе «Железобетонные конструкции».
Нагрузка от колонн и стен считается приложенной к плоскости
обреза фундамента (место условной заделки стойки при
расчете надземной конструкции). Дей-
ствительные нагрузки удобно заменять
приведенными (рис. 8.1).
Расчет фундамента на прочность
производят на наиболее неблагоприят-
ные сочетания расчетных
ложенных к обрезу фундамента с учетом
коэффициентов перегрузки, т. е. для I
группы предельных состояний. Расчеты
выполняют для: а) наибольшей нормаль-
ной силы Nо1тах и соответствующих ей
момента Л4о1 и горизонтальной силы
б) наибольшего положительного момен-
та Л1о1тах и соответствующих ему нормальной силы
тальной силы FoAI; в) наибольшего отрицательного
и соответствующих ему нормальной силы AfOI и
силы F„n,
При определении реактивных давлений по подошве для расчета же-
лезобетонного фундамента учитывают только давление от нагрузок,
приложенных к обрезу фундамента. Собственный вес фундамента и вес
грунта на его уступах не учитывается, так как обусловленные этими
нагрузками давления на грунт уравновешиваются реактивными дав-
лениями и не вызывают усилий изгиба в теле фундамента.
1ж
У'77; L
нагрузок, при-
Рис. 8.1. Нагрузки, действую-
щие на фундамент и основание:
а — действительные; б — приведен-
ные
статическом
"'л
Nni и горизон-
момента Af01min
горизонтальной
«.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫСОТЫ ОТДЕЛЬНОГО ФУНДАМЕНТА
Общая высота фундамента назначается из конструктивных сооб-
ражений, условий заделки анкерных болтов, глубины заложения и
др. Принятую высоту плитной части (ниже подколонника) проверяют
расчетом на продавливание, и в зависимости от результатов этого рас-
чета высота может быть увеличена.
Расчет на продавливание при монолитном сопряжении колонны
или подколонника с плитой, т. е. ступенчатой частью центрально на-
груженных квадратных фундаментов, производят чз условия
АГ<М?р«срЯ0, (8.1)
где N — расчетная продавливающая сила, кН; k — коэффициент (при
монолитном сопряжении колонны с плитной частью фундамента k=\);
Rf, — расчетное сопротивление бетона растяжению, кПа; «ср — сред-
нее арифметическое значение периметров верхнего и нижнего основа-
Зак. 562
131
ний пирамиды, образующейся при продавливании, в пределах рабочей
высоты сечения, м.
пср =, 0,5 (2&к + 2Я0) 4 = (/?к + Но) 4. (8.2)
Обозначения даны на рис. 8.2.
При определении значений Ьср и N предполагается, что продавли-
вание происходит по боковой поверхности пирамиды, боковые сторо-
ны которой наклонены под углом 45° к горизонтали (рис. 8.2, а). Про-
давливающую силу N принимают равной нормальной силе Afol, дей-
Рис. 8.2. Схема к расчету фундаментов на продавливание:
а — центрально нагруженный фундамент; б — центрально нагруженный прямоугольный фун-
дамент или внецентренно нагруженный квадратный или прямоугольный фундамент
ствующей на пирамиду продавливания, за вычетом равнодействующей
реактивного давления грунта, приложенного к большему основанию
пирамиды продавливания, считая до плоскости расположения растяну-
той арматуры.
Расчет на продавливание центрально нагруженных прямоугольных,
а также внецентренно нагруженных квадратных и прямоугольных фун-
даментов (рис. 8.2) производят аналогично; при этом силу N и средний
периметр пирамиды продавливания Z?cp в формуле (8.1) принимают
только по наиболее напряженной грани: q
N = Aop ; (8.3)
(8-4)
где Ло — площадь многоугольника abcdef, м2; Ьк — размер сечения
колонны, являющейся верхней стороной одной грани пирамиды про-
давливания, м; Ьи — размер нижней стороны одной грани пирамиды
продавливания на уровне растянутой арматуры, м; ргр — наибольшее
краевое давление на грунт от расчетной нагрузки без учета веса фун-
дамента и грунта на его ступенях, кПа;
при центрально нагруженном фундаменте
Pr₽ = Pcp = ^oiM; (8-5)
132
при внецентренно нагруженном фундаменте
Ргр = Рты = KQl/A + MJW = (1 + бе//) Nol/A, (8.6)
где Л, /Ир W — соответственно площадь подошвы фундамента, дейст-
вующий момент и момент сопротивления площади. подошвы относи-
тельно оси, перпендикулярной плоскости действия момента; е, I —
эксцентриситет силы Noi и размер подошвы в направлении действия
момента.
При монолитном сопряжении иногда устраивают небольшой под-
коленник. Если вынос ступени подколенника составляет не более по-
ловины его высоты, то расчет можно вести, как указано выше, а пи-
рамида продавливания начинается от подошвы подколонника. Если
этот вынос больше, то подколонник рассматривается как одна из сту-
пеней фундамента.
Расчетные сопротивления растяжению тяжелых бетонов при рас-
чете на прочность принимают по СНиПу.
Высота ступеней (рис. 8.2) назначается в зависимости от получен-
ной расчетной полной высоты плитной (ступенчатой) части фундамента
в соответствии с табл. 8.1.
Таблица 8.1. Высота ступеней плитной части фундаментов
Высота фундамента, см Высота ступени, см Высота фундамента, см Высота ступени, см
й, Л2 ^3 ft* 1 h2 Й3
30 30 S0 30 30 30
45 45 — — 105 30 30 45
60 30 30 — 120 30 45 45
75 30 45 — 150 45 45 60
Расчет нижней ступени фундамента сводится к определению выноса
нижней ступени (рис. 8.2, а), который определяют из расчета на
продавливание из условия
(8.7)
где
^1Ср = “Ь ^О1>
(8.8)
(8.9)
Л01 — площадь, с которой собирается реактивное давление. Здесь
определение размеров пирамиды продавливания и площади ЛО1 вы-
полняют аналогично изложенному ранее; верхнее основание пира-
миды является размером второй снизу ступени фундамента.
Вынос нижней ступени не должен превышать значения
q = (8.Ю)
оде — коэффициент, принимаемый по табл. 8.2.
133
Таблица 8,2, Коэффициент kr
Давление на грунт, кПа *-б!<2Л01 Ь-Ь,>2П01
М150 М200 мзоо М.150 М200 мзоо М150 М200 мзоо
200 3 3 3 3 3 3 3 3 3
300 3 3 3 2,8 3 3 2,3 2,5 3
400 2,5 2,8 3 2,3 2,5 3 2 2,1 2,5
500 2,2 2,4 3 2 2,2 2,6 1,8 1,9 2,2
Конструирование остальных ступеней выполняется после опреде-
ления выноса Q.
Расчет на продавливание при стаканном сопряжении сборной ко-
лонны с фундаментом в основании выполняется так же, как при моно-
литном сопряжении. Некоторое отличие зависит от сечения подколен-
ника и его высоты, так как это обусловливает построение пирамиды
продавливания. Различают такие случаи:
а) Подколенника нет, стакан не армирован. Пирамиду продавлива-
ния строят от контура дна стакана и до рабочей арматуры у подошвы.
б) Подколенника нет, стакан армирован. Пирамиду продавливания
строят от линии пересечения обреза фундамента и колонны.
в) Подколенник имеется. Пирамиду продавливания строят от линии
пересечения подколонника с верхом плитной (ступенчатой) части фун-
дамента.
Дополнительно отметим, что расчет на продавливание во всех
трех случаях стаканного сопряжения центрально и внецентренно на-
груженных фундаментов, квадратных и прямоугольных производится
на действие только расчетной нормальной силы, т. е. при равномерном
распределении реактивного давления грунта по подошве фундамен-
тов. Частные случаи расчета фундаментов при разной форме ступеней
приведены в «Руководстве» [36].
Высоту плитной части ленточного (непрерывного) фундамента под
стены находят по продавливанию. Тем самым определяют высоту ниж-
ней железобетонной подушки. Пирамиду продавливания строят от
линии пересечения фундаментной стены с верхом подушки. Длина
участка вдоль стены выбирается произвольно, но удобно ее принимать
равной 1 м. Площадь Ао всегда имеет прямоугольную форму.
При конструировании фундаментов под сборные и монолитные же-
лезобетонные колонны рекомендуется учитывать следующие положе-
ния:
высоту фундамента (общую) назначать кратной 300 мм; размеры
в плане подошвы фундамента, ступеней и подколенника принимать
кратным 300 мм; высоту ступеней назначать кратной 300, 450 и при
большой высоте плитной части фундамента — 600 мм (см. табл. 8.1);
толщину дна стакана принимать по расчету, но не менее 200 мм; за-
делку сборных колонн принимать по рис. 2.3; бетон для замоноличи-
вания колонн в стаканах фундаментов должен быть не менее марки
М150 (марки бетона см. СНиП П-21—75); для монолитных фундамен-
ты
шов назначать бетоны марок М150, М200; сборные фундаменты выпол-
нять из одного блока с плитной частью и подколенником; марка бе-
тона М200, М300.
\ 8.3. РАСЧЕТ СЕЧЕНИЯ ОТДЕЛЬНОГО
И ЛЕНТОЧНОГО ФУНДАМЕНТОВ НА ИЗГИБ
Площадь рабочей арматуры в нижней ступени фундамента рассчи-
тывают по моменту, действующему в сечении фундамента по грани ко-
лонны; в сечениях по граням ступеней фундамента проверяют доста-
точность принятой по этому расчету арматуры и в случае необходимо-
сти вводят изменения. При прямоугольной подошве сечение арматуры
находят расчетом в обоих направлениях.
Изгибающий момент определяют на всю ширину (длину) фундамен-
та от среднего по консоли реактивного давления грунта по всей пло-
щади консольного свеса, отсекаемого рассматриваемым сечением.
Например, момент в сечении 1—1 (рис. 8.2, б)
(8.11)
в сечении 3—3
Afs-3 = Pcp/(b-W, (8.12)
где Pi — давление по подошве в сечении 1—1. Площадь арматуры для
сечения 1—1
Aa = M1^/(Q,9H0R3), (8.13)
где Но — рабочая высота плитной части фундамента, м; R3 — рас-
четное сопротивление арматуры растяжению, кПа.
В других сечениях в знаменатель вводят соответствующую рабо-
чую высоту. В фундаментах в качестве рабочей арматуры используют
обычно арматуру по СНиП П-21—75 классов A-I, А-П, А-Ш. Расчет-
ные сопротивления арматуры приведены в табл. 8.3.
Таблица 8.3. Расчетное сопротивление арматуры по СНиП П-21—75
Стержневая арматура класса Расчетное сопротивление для предельных состояний первой группы, кПа
растяжению сжатию с
продольной и попе- речной при расчете на момент /?а поперечной при рас- чете на поперечную енлу R3X
A-I 210000 170 000 210 000
А-П 270 000 215 000 270 000
А-Ш 340 000 270 000 340 000
h Расчет подколенника выполняют по обычным правилам расчета
железобетонных конструкций на внецентренное сжатие коробчатого
135
сечения стаканной части в плоскости заделанного торца колонн
(сеч. 1—1, рис. 8.3) и на внецентренное сжатие прямоугольного се-
чения подколонника (сеч. 2—2, рис. 8.3). Последний расчет — общий
для любых конструкций прямоугольного сечения, первый — спе-
цифический для фундаментов.
Рис. 8.3. Расчетная схема стаканной час-
ти фундамента
Поэтому остановимся на расчете
арматуры стаканной части фун-
дамента.
В фундаментах стаканного
типа стенки стакана допускается
не армировать:
а) если глубина стакана боль-
ше, чем высота подколонника, и
одновременно толщина стенки
стакана поверху более 200 мм
и более 0,75 высоты подколон-
ника;
б) если глубина стакана мень-
ше, чем высота подколонника, и
одновременно толщина стенки
поверху более 200 мм и более
0,75 глубины стакана. При несо-
блюдении этих условий стенки
стакана нужно армировать по-
перечной арматурой в соответ-
ствии с расчетом.
Поперечную арматуру подколонника (рис. 8.3) в сечениях 3—5 или
3'—3' определяют по расчету на момент от действующих сил относи-
тельно оси, проходящей через точку /(, или поворота колонны.
Моменты принимают равными:
при е0>йк/2 Мк = 0,8(Л4о1 + ГоД^п—0,5Мо1йк); (3.14)
при Лк/2 > е0 > Лк/6 MK1 = M01 + FQfnyn—0,7Noleo. (8.15)
Поперечную арматуру определяют из уравнений
2 7?а;ЛаЛ = Л1к; 2 ЯаЖЛЛ = А4к1. (8.16)
1 1
При одинаковых диаметрах поперечной арматуры и одинаковой
марке стали площадь сечения поперечной рабочей арматуры каждой
сварной сетки равна
п
при е0 йк/2 Аах = Mx/Rax 2 г{;
1
п
при Ак/2 е0 hK/6 Аах — AlKi/Rax 2
I
(8-17)
(8.18)
В случае действия нормальной силы в пределах ядра сечения
(eo-^/iK/6) поперечное армирование подколонника назначается кон-
структивно.
136
\J Армирование подошвы, отдельных фундаментов рекомендуется осу-
ществлять сварными сетками. Расстояние между осями стержней долж-
но приниматься равным-200-мм^Щи^мет.р рабочих стержней, уклады-
ваемых вдоль сторон фундамента размером лп 3 быть не
м£нее 10 а при размере фундамента более 3 м — диаметр арматуры
не менее 12 мм. Для изготовления сеток рекомендуется арматура клас-
сов А-II и А-Ш. Подошвы фундаментов армируют узкими сетками, ук-
ладываемыми в двух плоскостях.
Подколенники фундаментов, если это необходимо по расчету, долж-
ны армироваться продольной и поперечной арматурой по принципу
армирования колонн (см.
рис. 2.3, б; 8.3). Диа-
метр продольной арма-
туры не менее 12 мм. Ар-
матура в виде плоских
или пространственных
каркасов.
Армирование стенок
стакана производят по-
перечной и продольной
арматурой (рис. 8.3).
Поперечное армирование
выполняют в виде свар-
ных плоских сеток с рас-
положением стержней у
наружных и внутренних
поверхностей стенок.
Диаметр стержней при-
нимают по расчету, но
не менее 8 мм. и не ме-
ф-д/я? __________
I I I I А
Ji Sfl
—I?-!
рс=МкПа^
f- I
Рис. 8.4. Расчетная
схема к примеру 8.1
(размеры в м)
•: к
нее четверти диаметра продольных стержней подколенника. Расстоя-
ние между сетками назначается не более четверти глубины стакана
и не более 200 мм.
Сечения рабочей арматуры для ленточных (непрерывных) фунда-
ментов под стены в основном определяют так же, как для отдельных
фундаментов. Изгибающие моменты от реактивного давления грунта
определяют в сечениях, проходящих через наружные грани стен фун-
даментов. Вдоль оси стены арматура по подошве ставится конструк-
тивно.
' Пример 8.1. Выполнить конструктивный расчет монолитного желе-
зобетонного фундамента под сборную колонну сечением 600x400 мм
(рис. 8.4).Расчетная нагрузка на обрезе Лф = 1200 кН, МО1=71,2 кН-м,
Foftl= 12 кН. Высота фундамента =2400 мм. Расчетом получены раз-
меры подошвы фундамента 3,5 X 2,3 м, но с учетом модуля 300 мм при-
нято окончательно 7=3,6 м, 6=2,1ум. Бетон марки М150, 7?р=630 кПа,
арматура А-П, 7?а=270 000 кПа.
1. Определение опалубочных размеров фундаментов. Размер под-
коленника в плане назначаем по типовым фундаментам (см. гл. 2):
йп=1,2 м, Ьп=1,2 м. Подколенник высокий, пирамида продавливания
137
будет начинаться от верха ступенчатой части. По ацйлогии с типовыми
фундаментами можно полагать, что фундамент будет двухступенчатый.
Если ступени по 0,3 м, то высота ступенчатой части 2*0,3=0,6 м, вы-
сота подколонника 2,4—0,6= 1,8 м, а его вес с учетом коэффициента
надежности по нагрузке —л / У
<1,2 • 1±2)- 1Л8,» 24 -1,1 = 68 кН.
Определим реактивное давление по подошве фундамента от рас-
четных нагрузок без собственного веса ступенчатой части и грунта на
ступенях:
^=1200^68г 1268 кН;
/Их = 71,2 + И-2,4 = 109 кН-м;
е = = 109/1968 = 0,08 м;
Nif,, беЛ 1268 /,.6 0,08\
дЖ = т[1±т)=Щ445( ±0, 3)’
Ртах = 166 кПа; pmin = 128 кПа;
рср = 147 кПа.
Строим пирамиду продавливания (см. рис. 8.4): <
Ао = 0,65 -2,4= 1,56 м2; ргр = ртах= 166кПа; V
Ьср = &к + Я0 = 1.2+0,565=1,765м. '
По формулам (8.1), (8.3)
kRpbcvH0 = 1 • 630 • 1,765 • 0,565 = 628-кН; \
N = 1,56 • 166 = 258 < 628 кН. j
Условие (8.1) удовлетворено.
Можно уменьшить высоту, но, учитывая необходимость сохранить
высоты ступеней по 0,3 м, оставляем принятую высоту, причем ftx=
=/i2=300 мм.
Определим предельный свес нижней ступени сх:
b—Ьх = 2,4—1,4= 1,0м; 2/i01 = 2(0,3—0,035) = 0,53< 1,0м.
По табл. 8.2 при давлении по подошве фундамента <200 кПа и
М150 ^1=3, предельный вынос нижней ступени
сх = 3-0,25 +0,75 м.
Длина второй ступени
4 = I—2сх = 3,6—2-0,75 = 2,1 м.
Отношение размеров подошвы фундамента k„=3,6/2,4 =1,5. Ши-
рина второй ступени Ь1=/1/т=2,1/1,5= 1,4 м.
2. Расчет на изгиб. В сечении /—/"'момент вычислим по формуле
<8.П)
Mi_j=1»+I55W^2)12.4 = 277kH.m.
138
Находим сечение арматуры по формуле (8.13), принимая защитный
слой 3,5,см,
Оа = 277/(0,9 0,565 • 270 000) = 0,0020,2 м2 = 20,2 см2.
Шаг стержней желательно принимать 20 см. Следовательно, при
/>=240 см арматура 12й16 А-П, Аа=24,13 см2.
Проверяем достаточность поставленной арматуры:
в сечении 2—2 '
м 10+2» 4 = 110 кН-м;
z z 2 о
А> = 0,S O,26S°270"0dO =0’QOt71 “’ = ,71 < 2°'2^
в сечении 3—3
М3 3 = 147 (2,4~1'-2)г3,6 = 95кН-м;
— * о
95
А. = 0.9.0,5^.27iйiO-0°000069>^,°6^9c",
Принимаем I80IO А-П, Аа=14,13 см2.
i В сечении 4—4 проверяем достаточ-
ность поставленной арматуры:
М4_4 = 147 (2>4^.Ь.4)2 3,6 = 66 кН • м;
= 0,9-0,265-270 000 ~ М* =
= 10,3 <Д4,13см2.
3. Расчет подколонника выполняют
по обычным расчетам железобетонных
колонн, поэтому его здесь не приводят.
4. Расчет стакана. Глубина стакана
меньше высоты подколонника. Принятая
толщина стенок стакана 225, мм, что со-
ставляет 0,75 высоты подколонника, но
меньше 0,75 глубины стакана. Поэтому
стенки стакана необходимо армировать.
Эксцентрисистет на уровне обреза
фундамента 0,08<7гк/6, т. е. эксцентри-
ситет меньше радиуса ядра сечения ко-
лонны. Армирование стенок назначают
Рис. 8.5. Схема к примеру 8.2
расчета стаканной части фунда
мента
конструктивно.'
Пример "*8.2. Рассчитать поперечную арматуру стенок стакана
фундамента при следующих нагрузках на уровне обреза фундамента
(рис. 8.5): Nol== 1200 кН, Л4о1=240 кН-м, Foh=12 кН. Сечение колон-
ны Лк=0,6 м, Ьк=0,4 м. Арматура А-Ш, /?ах=270 000 кПа.
Эксцентриситет
е0 = = 240/1200 = 0,2 м, т. е. Лв/2 > е0 > /iK/6.
А.
139
Момент по формуле (8.15) и Алх по формуле (8.18):
Л4К/ - 240+ 12-0,73-0,7-1200-0,2 -81,6кНм;
2 = 0,7 + 0,5 + 0,3 + 0,1 = 1,6 м:
А ах = 81,6/( 1,6 • 270 000) - 0,000188 м2 - 1,88 см2.
Сечение каждого стержня рабочей сетки 1,88/4=0,47 см2. Прини-
маем четыре сварные сетки со стержнями диаметром 8 мм.
8. 4. ВЫБОР МЕТОДА РАСЧЕТА ГИБКИХ ФУНДАМЕНТОВ
Гибким называется фундамент, деформации которого приводят к
перераспределению реактивных давлений грунта по подошве. Для рас-
чета гибких фундаментов (балок и плит) линейная эпюра распределе-
ния напряжений под его подошвой, условно принимаемая при жестких
фундаментах, не может быть использована. Поэтому при расчете учи-
тывают возникающие в фундаментах изгибающие моменты и попе-
речные силы, которые подсчитывают только после определения кон-
тактных реактивных давлений по подошве. Ошибка в определении
этих давлений приводит к значительным погрешностям при определе-
нии сечений и армирования гибкого фундамента.
Таким образом, для расчета гибких фундаментов приходится ре-
шать задачу о взаимодействии фундамента и основания, которая дает
возможность находить контактные напряжения в плоскости их со-
противления. Задача о контактных напряжениях является очень слож-
ной. В настоящее время нет единого метода определения реактивных
напряжений. Существуют три принципиальных направления, каждое
из которых имеет свои достоинства, недостатки и преимущественную
область применения. Применимость метода расчета, а следовательно,
и его выбор в значительной степени зависят от грунтовых условий и
деформативности фундамента. В данном случае рассматривается выбор
Рис. 8.6. Схема к расчету по
прямолинейной эпюре
метода расчета с указанных выше позиций.
Расчет гибких фундаментов (балок и плит
на упругом основании) тем или иным ме-
тодом рассматривается в специальной лите-
ратуре.
8.4.1. Метод прямолинейной эпюры. Су-
щество метода заключается в том, что реак-
тивное давление принимают по прямоли-
нейной эпюре, как для жесткого фунда-
мента, а затем определяют усилия в фундаменте (рис. 8.6). Изгиба-
ющий момент в сечении
+ (8.19)г
где Л1р — момент от площади эпюры реактивных давлений, располо-
женных левее данного сечения; У Nil, — сумма моментов от нагрузок,
передаваемых колоннами, расположенными левее данного сечения
(Ni — нагрузка от i-й колонны, lt — расстояние от колонны до сече-
ния); — сумма внешних моментов, передаваемых колоннами,
расположенными левее данного сечения.
140
За положительное направление моментов принимают направление
по часовой стрелке. Поперечные силы определяют как сумму проек-
ций всех сил с одной стороны сечения. За расчетный принимают наи-
больший момент по длине балки.
Этот метод противоречит тому, что было сказано в самом начале,
поэтому он имеет лишь вспомогательное значение и очень узкую об-
ласть применения. Расчет по методу прямолинейной эпюры применя-
ется только в следующих случаях: если при расчете не требуется боль-
шой точности; при предварительных расчетах для подбора размеров
фундаментов, так как при расчете точными методами (см. ниже) не-
обходимо наметить размеры поперечных сечений фундаментов; при
сильно сжимаемых грунтах и жестких фундаментах, когда деформации
фундамента гораздо меньше деформаций основания, т. е. деформации
фундамента почти не отражаются на перераспределении контактных
давлений.
8.4.2. Методы местных деформаций. Основной предпосылкой этой
группы методов является гипотеза Винклера, которая связывает ве-
личину осадки основания в ..каждой точке с реактивным давлением.
Эта связь выражается формулой
р = С2г, (8.20)
где р — реактивное давление упругого основания по подошве фунда-
мента в какой-либо точке; z — осадка фундамента в той же точке;
С2 — коэффициент осадки (коэффициент постели) — обобщенная ха-
рактеристика деформативности основания.
Механической моделью гипотезы Винклера является фундамент,
опирающийся на систему независимых пружин. Осадки грунта (пру-
жин) за пределами нагруженных участков равны нулю (рис. 8.7, а).
Методы, основанные на гипотезе Винклера, применяют при сла-
бых грунтах в основании; при близком залегании скалы (рис. 8.7, б),
когда при загружении основания грунт за пределами фундамента
практически не может оседать; критерием этого является отношение
/i/^0,4; для расчета фундаментов из перекрестных лент.
Методы, основанные на предпосылках Винклера, изложены, на-
пример, в Справочнике проектировщика промышленных, жилых и
общественных зданий и сооружений. Расчетно-теоретический. (М.,
1960).
8.4.3. Методы общих деформаций. Группа этих методов основана
на использовании решений теорий упругости для определения сов-
местной работы фундамента и грунта основания. Грунт рассматрива-
ется как упругое тело. Исходя из этого и учитывая степень гибкости
фундамента и характер нагрузок, определяют реактивные давления по
подошве. Как ранее было отмечено, грунт является линейно деформи-
руемым, поэтому при одноразовом приложении нагрузок одного зна-
ка можно использовать соответствующие уравнения теории упруго-
сти. Характеристикой деформируемости грунтов основания является
их модуль деформации. Непосредственное определение реакций ос-
нования может быть проведено по различным методам.
141
Метод И. А. Симвулиди [39J основан на использовании функцио-
нальных прерывателей. Реактивные давления по подошве фундаменту»
моменты и перерезывающие силы описываются простыми уравнениями..
При переходе с одного участка нагрузки балки на другой соответст-
вующие члены уравнений включаются и выключаются. Последова-
тельность расчета: определяют свойства грунта; назначают размеры
фундамента (или рассчитывают по упрощенным приемам); определяют
параметры уравнений и вспомогательные члены, а также реактивные
давления по подошве, моменты и перерезывающие силы; проводят кон-
Рис. 8.7. Схема к методу местных
деформаций:
а — схема работы основания по гипоте-
зе Винклера; б —залегание грунтов
Рис. 8.8. Схема к расчету
гибких фундаментов по
методу Б. Н. Жемочкина
структивный расчет фундамента. Для многих случаев загружения
И. А. Симвулиди составлены вспомогательные таблицы.
Метод Б. Н. Жемочкина и А. П. Синицына * заключается в следу-
ющем. Фундамент разбивают по длине на несколько участков, причем
чем больше будет участков, тем большая степень точности расчета
будет достигнута (рис. 8.8). Криволинейную эпюру реактивных дав-
лений грунта по подошве (еще неизвестную) заменяют в пределах каж-
дого участка равномерной. Далее суммарное реактивное давление,
равное объему эпюры напряжений на каждом участке, заменяют рав-
нодействующей. Равнодействующие можно представить как усилия
в опорных стержнях балки. Таким образом, в расчетной схеме фунда-
мент опирается уже не на сплошное основание, а на систему заменяю-
щих его стержней, опирающихся на упругое основание. Стержни раз-
резают и заменяют неизвестными силами Х2... . Составляют кано-
нические уравнения. В результате решения уравнений получают зна-
чения усилий в стержнях, после чего нетрудно определить реактивные
давления по подошве и усилия в сечениях фундамента.
В основу метода проф. М. И. Горбунова-Посадова [15] положена
гипотеза, по которой закон распределения реактивных давлений описы-
* Жемочкин Б. Н., Синицын А. П. Практические методы расчета фундаментных
балок и плит на упругом основании. М., 1962.
142
вается полиномом высокой степени. Для большинства случаев загру-
жения ленточных фундаментов и фундаментных плит М. И. Горбуно-
вым-Посадовым составлены таблицы, позволяющие определять реак-
тивные давления по подошве, изгибающие моменты и перерезывающие
силы.
Последовательность расчета такова: принимают характеристики
грунта и материала фундамента; определяют расчетную категорию фун-
дамента (полоса, плита); задаются размерами и определяют показатель
гибкости фундамента и категорию балки; по таблицам находят еди-
ничные реакции по подошве и усилия в фундаменте; вычисляют пол-
ные реактивные давления и усилия в фундаменте; проводят конструк-
тивный расчет фундаментов.
Учитывая предпосылки методов общих деформаций, их применяют
в следующих случаях: при средне- и малосжимаемых грунтах в осно-
вании; при большой суммарной мощности сжимаемых слоев; для рас-
чета плит, коробчатых фундаментов и т. д.
Конструирование гибких фундаментов освещено в литературе по
железобетонным конструкциям [3].
Глава 9
ПРОЕКТИРОВАНИЕ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ
9.1. ОБШИБ ПОЛОЖЕНИЯ
Свайный фундамент состоит из свай и ростверка. Свайные фунда-
менты применяют при слабых грунтах или вследствие технико-эко-
номических преимуществ (быстрота производства работ, экономйч-
ность и др.). Основными их рабочими элементами являются сваи, т. е.
стержни, принимающие нагрузку от сооружения и передающие ее
грунту.
В условиях промышленного и гражданского строительства применя-
ют в основном свайные фундаменты с низким ростверком, т. е. заглуб-
ленным в грунт. Их проектирование выполняют в соответствии с дейст-
вующим СНиПом на свайные фундаменты.
Исходные данные для разработки проекта свайного фундамента
включают: материалы инженерно-геологических и гидрогеологических
изысканий (описание, колонки, профили); данные о физико-механичес-
ких свойствах грунтов, химическом составе воды; результаты зонди-
рования, полевых испытаний свай (если они проводились); генплан с
привязкой осей здания, скважин, точек зондирования и испытания
свай; проект планировки площадки, данные о подземной части здания,
конструкциях нулевого цикла и заглубленных частях здания; данные
о нагрузках на фундаменты.
Расчет свайных фундаментов и их оснований производят по пре-
дельным состояниям двух групп:
а) по первой группе — по прочности свай и свайных ростверков;
по несущей способности грунта свайных фундаментов и свай; по ус-
143
тойчивости оснований свайных фундаментов в целом при горизонталь-
ных нагрузках или основаниях, ограниченных нисходящими откосами;
б) по второй группе — по осадкам оснований свайных фундамен-
тов от вертикальных нагрузок; по перемещениям свай от действия вер-
тикальных, горизонтальных нагрузок и моментов; по образованию или
раскрытию трещин в элементах железобетонных конструкций.
Свайные фундаменты и сваи по несущей способности грунтов рас-
считывают по формуле
N^Fd/yg^P, (9.1)
где N — расчетная нагрузка, передаваемая на сваю (фактическое про-
дольное усилие); Fd — несущая способность сваи по грунту или по ма-
териалу (предельное продольное усилие); — коэффициент надеж-
ности по грунту, принимаемый равным 1,4, а при определении Fd по
данным полевых испытаний—1,25; Р — расчетное сопротивление
сваи (допускаемое).
При расчете свай на выдергивание в действующую нагрузку вклю-
чают собственный вес сваи; в других случаях его не учитывают. Если
расчет внецентренно нагруженных свайных фундаментов производят
с учетом ветровых и крановых нагрузок, то передаваемую на крайние
сваи расчетную нагрузку можно повышать на 20%.
Свайные фундаменты в целом и сваи, рассчитываемые по предель-
ным состояниям второй группы (по деформациям), должны удовлетво-
рять условию
(9«2)
где s — расчетная величина деформации (осадки, перемещения и т. п.)
сваи и свайного фундамента в целом, определяемая расчетом; su —
предельно допускаемая величина деформации (осадки, перемещения,
неравномерности осадки и т. п.) свайного фундамента, устанавливае-
мая в задании на проектирование, а при отсутствии ее в задании —
по СНиПу,
Конструкции свай и ростверков в зависимости от применяемых
материалов рассчитывают по соответствующим СНиПу и инструкциям.
В состав проекта свайного фундамента, как правило, входят:
а) заглавный лист — схема здания на территории с горизонталями
и привязкой буровых скважин; геологические разрезы с подземным
контуром здания; таблицы объемов работ и расходов материалов; пе-
речень листов проекта;
б) план свай с привязкой к осям здания, разрезы котлована со
сваями; экспликация свай; спецификация элементов; сведения о.рас-
четных сопротивлениях свай;
в) план ростверков; спецификация элементов; иногда план рост-
верков совмещается с планом свай;
г) конструкция ростверков (опалубка, армирование); таблицы рас-
четных нагрузок; выборка арматуры, расхода материалов;
д) расчетно-пояснительная записка.
144
9.2. ВЫБОР ТИПА И КОНСТРУКЦИИ СВАЙ И РОСТВЕРКОВ
Сваи по характеру работы разделяют на сваи-стойки и висячие
(сваи трения).
Свая-стойка работает как сжатая стойка. Она передает нагрузку
только нижним концам на скальные, крупнообломочные или малосжи-
маемые пылевато-глинистые грунты. Когда под нижним концом сваи
залегают сжимаемые грунты, нагрузка передается и боковой поверх*
ностью на грунты основания, и свая является висячей, или сваей
трения. Такие сваи более экономичны при малом поперечном сечении
и большой длине. Выбор типа сваи производят на основании данных
инженерно-геологических изысканий.
При выборе конструкции сваи принимают материал, форму се-
чения и размеры сваи (последние уточняют при расчете). Выбор ма-
териала свай определяется гидрогеологическими условиями и местны-
ми особенностями строительства.
Основным материалом для забивных свай является железобетон.
Железобетонные сваи применяют независимо от уровня подземных вод и
в любых грунтах при отсутствии включений валунов. Железобетонные
сваи изготовляют: сплошные квадратные (табл. 9.1), пустотелые, круг-
лые с открытым и закрытым нижним концом и других сечений. Труб-
чатые железобетонные сваи делают диаметром до 0,8 м. Они имеют
меньший вес, более экономичны. Такие сваи изготовляют на заводах.
Деревянные сваи допускаются к применению при заложении их
голов ниже наинизшего уровня подземных вод (с учетом сезонных коле-
баний и возможности его понижения в будущем) и при отсутствии в
грунте твердых включений (валуны и др.).
Еще раз отметим, что размеры сваи выбирают предварительно и
изменяют в зависимости от результатов последующего расчета и срав-
нения вариантов.
Длина сваи (размер от подошвы ростверка до начала заострения)
определяется глубиной залегания слоя хорошего грунта, в который
заглубляется свая, а также отметкой заложения подошвы ростверка.
При назначении длины сваи слабые грунты (насыпные, торф, грунты в
текучем и рыхлом состоянии) необходимо прорезать и острие сваи за-
глублять в плотные грунты. При очень мощной толще слабых грунтов
оставляют нижние концы свай в слабых грунтах. Если кровля несу-
щего слоя имеет наклон, применяют сваи разной длины. Минимальная
длина "свай при центральной сжимающей нагрузке обычно принима-
ется не менее 2,5 м, при дополнительном же действии горизонтальной
нагрузки и момента — не менее 4 м. Длина свай-стоек обусловливается
глубиной поверхности прочных пород и может быть переменной. Ниж-
ний конец сваи рекомендуется заглублять в несущий слой грунта на
2...3 м. Сваи большего поперечного сечения используют, когда они
имеют большую несущую способность и напряжения в сечении прибли-
жаются к прочности материала свай и когда на сваи передаются боль-
шие изгибающие моменты. В плотных грунтах применяют трубчатые
сваи с открытым нижним концом, в слабых (пылевато-глинистых с
6 Зак. 562
145
Таблица 9.1. Сваи железобетонные забивные квадратного сечения
с ненапрягаемой арматурой (по ГОСТ 19804—74)
Марка сваи Длина сваи, м Сечение сваи, см Марка бетона Масса сваи, т Продольная арматура A-I
СЗ-20 3 20x20 200 0,33 4012
СЗ-ЗО 30x30 200 0,70
СЗ.5-20 3,5 20X20 200 0.38 4012
СЗ,5-ЗО 30x30 200 0,83
С4-20 4 20X20 200 0,43 4012
С4-30 30X30 200 0,93
С4,5-20 4,5 20X20 200 0,48 4012
С4,5-25 25X25 200 0,73
С4,5-30 30x30 200 0,93
С5-20 5 20X20 200 0,53 4012
С5-25 25X25 200 0,80
С5-30 30X30 200 1,15
С5,5-20 5,3 20x20 200 0,58 4012
С5.5-25 25x25 200 0,88
С5.5-30 30X30 200 1,28
С6-20 6 20X20 200 0,63 4012
С6-25 25X25 200 0,95
С6-30 30X30 200 1,38
«.-C7-3Q Z 30X30- -- 200 -4Ы2
С8-30 8 30X30 250 1,83 4012
С8-35 35x35 250 2,50
С9-30 9 30X30 250 2,05 4012
С9-35 35x35 250 2,80
С10-30 10 30x30 250 2,28 4012
С10-35 35X35 250 3,10.
сн-зо 11 30X30 250 2,50 40161
СП-35 35X35 250 3,43
С12-30 12 30x30 9Я0 2,73 3,73 4016
W35 35X35 250
С13-35 13 35X35 300 4,03 8016
С13-40 40X40 300 5,25
С14-35 14 35X35 300 4,33 8016
С14-40 40X40 300 5,65
С15-35 15 35X35 300 4,65 8016
С15-40 40X40 300 6,05
С16-35 16 35X35 300 4,95 8016
С16-40 40X40 300 6,45
показателем текучести Zz>0,5) — трубчатые сваи с закрытым ниж-
ним концом.
Окончательное решение принимают на основе технико-экономичес-
кого сравнения вариантов.
Одновременно с выбором типа и конструкции свай намечают глу-
бину заложения в конструкцию ростверка.
Глубина заложения подошвы свайного ростверка назначается в
зависимости от следующих факторов (см. гл. 3): наличия подвалов и
подземных коммуникаций, возможности пучения грунтов при промер-
зании, глубины заложения фундамента примыкающих соо ружений,
раз меров ростверка.
146
Ростверк, как правило, располагают ниже пола подвала. Для
удобства производства работ ростверк стремятся делать выше уровня
подземных вод. Исключение составляет случай применения деревян-
ных свай, тогда подошва ростверка опускается ниже уровня подзем-
ных вод. В пучинистых грунтах ростверк закладывается не выше рас-
четной глубины промерзания.
Ростверки бесподвальных зданий могут закладываться у .поверх-
ности земли на 0,10...0,15 м ниже планировочных отметок. Сваи рас-
полагают вдоль стен в один или несколько рядов. При пучинистых
грунтах под ростверками наружных стен в таком случае укладывают
слой шлака толщиной не менее 30 см или песка не менее 50 см. Техни-
промерзания.
Скала
Рис. 9.1. Расчетные схемы к при-
мерам 9.1 (а) и 9.2 (б) (размеры
в м):
УПВ — уровень подземных вод
ью 6 м с коэффициентом
ческое подполье при этом защищается от
Ростверки под внутренние стены бес-
подвальных крупнопанельных зданий
устраивают выше пола технического под-
полья с отметкой верха ростверка на
уровне низа перекрытия над подпольем.
При значительных уклонах местности
допускаются уступы (перепады) в рост-
верке. Осадочные швы разрезают и
ростверк.
В качестве материала для ростверков
используют бетон и железобетон. Более
подробно конструкции ростверков осве-
щены в 9.8.
Пример 9.1. Выбрать тип, конструк-
цию и размеры свай для строительства
промышленного здания в Ленинграде. По
данным изысканий на площадке залега-
ет сверху слой пылеватого песка мощное
пористости 6=0,77. Песок содержит органические вещества. Ниже
песка находится суглинок с показателями доь=0,36, t0P=O,25,
до=0,30. Наинизшее стояние уровня подземных вод — на глубине
2 м (рис. 9.1, а).
По СНиПу пылеватые пески с е=0,77 находятся в состоянии сред-
ней плотности, но близком к рыхлому. Наличие органических ве-
ществ увеличивает его сжимаемость. Этот слой желательно прорезать
сваями. Показатель текучести суглинка найдем по .формуле
w_Wp 0,30-0,25 |
£ ” т — ~ 0,36—0,25 ’
Состояние суглинка тугопластичное. Суглинок является относительно
хорошим грунтом. Свая будет висячей, поскольку /L>0. Заглубляем
острие сваи в суглинок на 2 м.
Определим глубину заложения ростверка. По табл. 3.1 при пыле-
ватых песках и высоком стоянии подземных вод ростверк нужно зало-
жить не ниже расчетной^глубины промерзания. Эта глубина для не-
отапливаемых зданий Ленинграда равна 1,44 м (см. гл. 3). Принимаем
глубину заложения ростверка 1,50 м.
6* Зак. 562
147
Принимаем сплошные железобетонные сваи. На заделку сваи
в ростверк предусматриваем 0,05 доЛ'Тогда длина сваи (без острия)
I = б"+ 2—1,5 + 0,05 = 6,55 м.
Из соображений экономии материала для первого варианта при-
нимаем по табл. 9.1 сваю С7-25 (сечением 0,25x0,25 м). В других ва-
риантах изменяем длину и сечение сваи.
Пример 9.2. Выбрать тип и конструкцию сваи для условий при-
мера 9.1, но при мощности слоя суглинка 4 м, подстилаемого гранито-
гнейсом (рис. 9.1, б).
В данном случае можно принять тип и размеры сваи по примеру
9.1. Однако более целесообразно удлинить сваю и опереть ее на скаль-
ную породу. Тогда свая будет работать как стойка, ее несущая способ-
ность резко возрастет, количество свай уменьшится и решение будет
более экономичным.
Сопротивление сваи будет обусловлено прочностью ее материала.
Поэтому принимаем сваю сплошную. Длина сваи Z=6+4—1,5+0,05=
=8,55 м. По табл. 9.1 принимаем сваю С9-30.
9.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ СВАИ
(ПРИ ВЕРТИКАЛЬНОЙ НАГРУЗКЕ)
Расчетное сопротивление сваи (допустимая нагрузка на сваю) оп-
ределяется дважды: по прочности материала и по прочности грунта.
Для дальнейшего расчета принимается меньшее. Сопротивление сваи
по материалу определяется как для соответствующего стержня (из
дерева, железобетона и др.). Расчет висячих свай по материалу, как
правило, не требуется, так как оно обычно больше, чем по грунту.
Сопротивление сваи по грунту определяется: расчетом по таблицам и
формулам СНиПа, испытанием сваи статической нагрузкой, испыта-
нием сваи динамической нагрузкой, испытанием грунта зондированием.
9.3.1. Определение сопротивления сваи по материалу на сжатие
для железобетонных^свай. Выполняется^по формуле
^и<?сф(^+/?а.сЛа), (9.3)
где NK — продольное усилие от расчетных нагрузок; ус — коэффи-
циент условий работы (ус=0,9 при размере поперечного сечения свай
/г^200 мм и ус=1 при h> 200 мм); ср — коэффициент, учитывающий
особенности загружения, гибкость и др. (для свай, полностью нахо-
дящихся в грунте, <р = 1); /?пр — расчетное сопротивление бетона при
осевом сжатии (призменная прочность), кПа или кН/м2; /?а.с — то
же, арматуры сжатию; Лс — площадь поперечного сечения сваи, м2;
Аа — то же, всех продольных стержней арматуры, м2.
Расчетные сопротивления тяжелого бетона следующие:
Марка бетона 200 250 300 400
Расчетное сопро- OOQQ 11 000 13 500 17 500
тивление 7?пр, кПа ’
Расчетное сопротивление арматуры приведено в табл. $.3.
148
9.3.2. Определение расчетного сопротивления сваи-стойки по грун-
ту. Расчетное сопротивление сваи-стойки по грунту, опирающейся
на практически несжимаемый грунт,
Р = (9.4)
где ус — коэффициент условий работы, принимаемый ус =1; у#—
коэффициент надежности по грунту (см. 9.1); у^=1,4; А — площадь
опирания на грунт сваи, м2; R — расчетное сопротивлений грунта иод
нижним концом сваи, кПа.
Площадь описания для свай сплошного сечения принимается рав-
ной площади сечения сваи, для полых свай, не заполняемых бето-
ном,— равной площади поперечного сечения нетто, для заполняемых
бетоном — площади брутто. Расчетное сопротивление скальных и
крупнообломочных грунтов, а также пылевато-глинистых твердой кон-
систенции принимают R =20 000 кПа.
Пример 9.3. Определить расчетную нагрузку на сваю-стойку типа
С8-30 (см. табл. 9.1), забитую до крупнообломочных грунтов. Бетон
МЗОО, арматура 4и12 А-II, А-4,52 см2.
Таблица 9,2. Расчетные сопротивления R
Расчетные сопротивления под нижним концом забивных свай и свай-оболочек, не заполняемых бетоном, R, кПа/м2
песчаных грунтов средней плотности
Глубина
погружения гравелис- крупных средней мелких пылева-
нижнего тых крупности тых
конца сваи, м
пылевато-гл инистых грунтов при показателе текучести /р рангом
0 | 0,! 0,2 0,3 0,4 ' | 0,5 0,6
3 7 500 6600 4000 3000 3100 2000 2000 1200 1100 600
4 8 300 6800 5100 3800 3200 •250а 2100 1'600 1250 700
5 8800 7000 6200 4000 3400 2800 . 2200 2000 1300 800
7 г 9700 7300 6900 4300 3700 3300 2400 2200 1400 850
10 10 500 7700 7300 5000 4000 3500 2600 ' 2400 1500 900
15 11700 8200 7500 5600 4400 4000 2900 1650 1000
20 12 600 8500 6200 4800 4500 3200 1800 110О
25 13 400 9000 6800 5200 3500 1950 1200
30 14 200 9500 7400 5600 3800 2100 1300
35 15 000 4 10000 8000 6000 4100 2250 1400
149
Определяем сопротивление по материалу сваи. При 7?пр=13 5ОО
кПа=13 500 кН/м2, 7?а.с=270 ООО кПа, <р=1, ус=1 по формуле (9.3).
Л/„ = 1 • 1 (13 500- о,32 + 270 000-0,000452) = 1337 кН.
Расчетное сопротивление сваи по грунту по формуле (9.4)
Р = -L (20 000 0,3 - 0,3) = 1285 кН.
9.3.3. Определение расчетного сопротивления висячей сваи по
грунту по таблицам и формулам СНиПа. Расчетное сопротивление
висячей сваи по грунту находят как сумму сопротивлений, оказывае-
мых грунтами основания под нижним концом сваи и по ее боковой по-
верхности»
Р = (?ЛГ) (Ye. rRA + « S Те. ffllih (9.5)
где Тс — коэффициент условий работы сваи; ус=1; yg — коэффициент
надежности по грунту (см. 9.1); R — расчетное сопротивление грунта
под нижним концом сваи, определяемое по табл. 9.2, кПа; А — пло-
щадь поперечного сечения сваи, м2; и — наружный периметр попе-"
речного сечения сваи, м; ft — расчетное сопротивление t-го слоя грунта
основания по боковой поверхности сваи, определяемое по табл. 9.3,
кПа; Ц — толщина /-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой
поверхностью, м; ус, Л, Тс. t — коэффициенты условий работы грунта
под нижним концом и по боковой поверхности сваи, учитывающие влия-
Таблица 9.3. Расчетные'сопротивления f
Расчетные сопротивления по боковой поверхности свай и свай-оболочек f, кПа/мг
Средняя песчаных грунтов средней плотности
крупных и средней мелких пыле- ватых — — — — — —
глубина расположения
слоя грунта, крупности
пылевато-глин истых грунтов при показателе консистенции /р равном
0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
1 35 23 15 12 ' 8 4 4 3 2
2 42 W - 2f 17 12 7 5 4 4
3 48 3$ 20 14 8 7 6 5
4 53 38 _ 22 16 У 8 7 5
5 56 __40 29 24" 17 10 8 7 6
'6 58 42 Л1 25 18 40— —8 7 6
8 62 44 33 26. 19__ Ю- 8 7 6
ГО 65 46 34 27 19 10? 7 -6
15 72 51 38 28 20 1И \ 8 7 6
20 79 56 41 30 20 12 8 7 6
25 86 61 44 32 20 12 8 7 6
30 93 66 47 34 21 12 9 8 7
33 г 100 70 50 36- 22 13 9 8 7
150
ние способа погружения свай на значение R и /, принимаемое по СНиПу
(для свай, погружаемых забивкой, Tcr=Yc/=1; для других способов
погружения значения коэффициентов даны в СНиПе).
Отметим дополнительно некоторые особенности использования
формулы (9.5). В тех случаях, когда в табл. 9.2 значения R указаны
дробью, числитель относится к пескам, знаменатель — к пылевато-
глинистым грунтам. Глубину погружения нижнего конца сваи^и
среднюю глубину расположения слоя грунта при планировке терри-
тории срезкой, подсыпкой, намывом до 3 м следует принимать от уров-
ня природного рельефа, а при срезке, подсыпке, намыве от 3 до 10 м —
от условной отметки, расположенной соответственно на 3 м выше уров-
ня срезки или на 3 м ниже
уровня подсыпки.
Для промежуточных
глубин или характеристик
грунтов значения Ruf
определяют по интерполя-
ции. Если показатель теку-
чести пылевато-глинистого
грунта или плотность пес-
чаного больше указанных
в таблицах, то для опреде-
ления R и f используют
опыт строительства, или
Рис. 9.2. Расчетные схемы к примерам 9.4 (а) и
9.5 (б) (размеры в м)
материалы полевых испы-
таний (зондирование, ис-
пытание свай и др.). При
определении R и f по таблицам пласты грунтов следует расчленять
на однородные слои толщиной не более 2 м. Расчетная нагрузка на
сваю принимается без учета ее собственного веса.
Пример 9.4. Определить расчетное сопротивление сваи, погружен-
ной в мощную толщу пылеватого песка средней плотности. Свая при-
нята С8-30. Глубина заложения ростверка — 1 м, заделка сваи —
0,05 м.
Составляем расчетную схему (рис. 9.2, а). При глубине забивки
сваи от природного рельефа'4=9 м из табл. 9.2 R = 1470 кПа—
= 1470 кН/м2. В пределах длины сваи разбиваем грунт на слои 2 м,
находим среднюю глубину расположения каждого элементарного
слоя z, и сопротивление грунта f по табл. 9.3:
при Zi=2 м А=21 кПа/м2; при z3=6 м /З=31 кПа/м2;
при z2=4 м fi—27 кПа/м2; при z4=8 м /4=33 кПа/м2.
Расчетное сопротивление сваи по грунту определяем по формуле
p = i;4[1 3,3 +0,3.4-1 (21-2+ 27-2+31-2 +33-'2)}=28б кН.
Пример 9.5. Определить расчетное сопротивление сваи по грунту
С8-30 (см. рис. 9.2, б) при условиях: насыпной слой неупЛотненный,
151
песок пылеватый средней плотности, суглинок с показателем теку-
чести /ь=0,3.
Составляем расчетную схему (рис. 9.2, б). В пределах длины сваи
разбиваем грунт на однородные слои 2 м или менее. Сопротивление на-
сыпного слоя не учитываем. При глубине забивки сваи L=9 м из табл.
9.2 /?=3430 кПа=3430 кН/м2. Значения Д определяем для соответст-
вующих глубин и грунтов по табл. 9.3:
при 2^=3,0 м fi=25 кПа/м2; при z3=7,0 м f3=43 кПа/м2;
при z2=5,0 м /2—29 кПа/м2; при zt=8,5 м /4=44,5 кПа/м2.
Расчетная нагрузка на сваю по формуле (9.5)
Р =уЬ [1-3430-0,3-0,з+о,3-4-1 (25-2+
+ 29-2+43-2+44,5- 1)]=425кН.
9.3.4. Определение несущей способности сваи по результатам ис-
пытания статической нагрузкой. Расчетную нагрузку на сваю с наи-
более полным учетом конкретных грунтовых условий строительства
определяют по результатам испытания сваи статической нагрузкой на
этой строительной площадке. Испытание проводят в соответствии с
ГОСТ 5686—78 «Сваи пробные. Методы испытаний». Сваю погружают
в грунт и после отдыха (см. ниже) ступенями загружают статической
нагрузкой. Определяют осадки сваи от каждой ступени нагрузки и
строят графики зависимости между нагрузкой и осадкой. Графики
результатов испытаний и способы определения предельного сопротив-
ления сваи можно разделить на три типа (рис. 9.3).
Тип 1. График характерен резким переломом. Осадка непрерыв-
но увеличивается без увеличения нагрузки. Нагрузку, вызвавшую эту
непрерывную осадку, принимают за предельное нормативное сопро-
тивление Fn. При этом часто в точке перелома осадка S<20 мм.
Тип 2. График имеет большую крутизну, плавное очертание. Оп-
ределение предельной нагрузки затруднено отсутствием резкого пере-
лома. За нормативное предельное сопротивление принимают на-
грузку, под воздействием которой испытываемая свая получит осадку:
S = CSual, (9.6)
где Samt — предельная величина средней осадки проектируемого зда-
ния или сооружения; £ — коэффициент перехода от предельной осад-
ки свайного фундамента здания или сооружения к осадке одиночной
сваи при испытаниях (обычно £=0,2).
Если полученная по этой формуле осадка S>40 мм, то за Fn сле-
дует принимать нагрузку, вызвавшую осадку S=40 мм.
Тип 3. График очень пологий, почти прямолинейный. Такой гра-
фик получается при испытании свай-стоек, т. е. опирающихся на прак-
тически несжимаемый грунт. Несмотря на значительные нагрузки,
предельное состояние не достигнуто. Максимальная нагрузка при ис-
пытании приближается к расчетному"сопроти влению сваи по материа-
лу. При максимальной нагрузке S<£Sawf. За нормативную предель-
ную нагрузку принимают максимальную нагрузку при испытании
152
Несущая способность сваи по результатам ее испытания
Ра = Усрп/Хеи (9.7)
где ус _ коэффициент условий работы (для вдавливающих нагрузок
ус=1); р — нормативное значение предельного сопротивления сваи,
определяемое по результатам испытания свай: при количестве испыта-
ний 6 и более — на основании статистической обработки частных зна-
чений, при количестве испытаний менее 6 — по наименьшему значе-
нию; уй — коэффициент надежности по грунту (при количестве испы-
таний менее 6 уй= 1, более 6 — по методике ГОСТа).
Расчетное сопротивление свай по грунту
P = Pd!4g, (9.8)
где _ коэффициент надежности по грунту; 1,25.
Пример 9.6. Определить расчетное сопротивление сваи на ocнoвe^
трех испытаний статической нагрузкой. График с наименьшим пре-
Рис. 9.3. Графики результатов испита- Рис. 9.4. График к примеру 9.6,
ний свай статической нагрузкой
дельным сопротивлением представлен на рис. 9.4. Для здания предель-
ная величина средней осадки Samt=8 см. Определяем осадку S=
=0,2-80=16 мм.
По графику результатов испытания для S= 16 мм Fn=330 кН..
Несущая способность сваи по формуле (9.7)
Fd = 1-330/1 =330 кН.
Расчетное сопротивление сваи по грунту по формуле (9.8)
Р = 330/1,25 = 264 кН.
9.3.5. Определение расчетного сопротивления сваи по грунту ди-
намическими испытаниями. Динамический метод заключается в оп-
ределении сопротивления сваи нагрузке по величине ее погружения
от удара молота — отказа, получаемого при динамических испытаниях.
Отказом называется значение погружения сваи в грунт от одного удара
молота. Размер отказа вычисляют как среднее значение погружения
от числа ударов в залоге, т. е. серии ударов. Число ударов принимают
для молотов подвесных и одиночного действия 4...5, для молотов двой-
ного действия и дизель-молотов — не более 10. Динамические испыта-
ния проводят после «отдыха» сваи, т. е. перерыва между погружением
сваи до проектной глубины и началом испытания. Продолжительность
153
отдыха при песчаных грунтах 3...5 дней, а при глинистых — 2...4 не-
дели.
Предельное сопротивление сваи при испытании ее динамической
нагрузкой
^<1/, t 4£d mt + s^+тз) ,
2 \ V 1 ' + +
(9.9)
где т] — коэффициент, принимаемый по табл. 9.4 в зависимости от ма-
териала' сваи, кН/м2; А — площадь поперечного сечения сваи, огра-
Таблица 9.4. Значения коэффициента т|
Вид сваи П» кН/м2
Железобетонная свая с наголовником 1500
Деревянная свая без подбабка 1000
Дер ед яд на я, свая с подбабком 800
ничейная наружным контуром, м2; М — коэффициент (при забивке
сЬай молотами ударного действия 7И=1); Ed — расчетная энергия
удара молота, 10 кДж; Sa — фактический отказ, м; tn1 — полный вес
молота, кН; г — коэффициент восстановления удара (при молотах
ударного действия е2=0,2); т2 — вес сваи и наголовника, кН; ms —
вес подбабка, кН.
Расчетная энергия удара молота Ed зависит от типа молота. Для
подвесных или одиночного действия Ed~GH, трубчатого £rf=0,9 GH,
штангового £^=0,4 СЯ, где G — вес падающей части молота; Н —
высота ее падения.
Между весом молота и весом сваи при испытаниях выдерживают
соотношение: при забивке свай молотом одиночного действия или
штанговым молотом в слабых грунтах G : яг2=1; то же, при грунтах
средней плотности G : т2=1,25; то же, при грунтах плотных G : т2=
= 1,50; при трубчатых дизель-молотах G : т2=0,7.
Расчетное сопротивление сваи по грунту определяют по формуле
(9.9).
Пример 9.7. Определить расчетное сопротивление сваи С9-30
(табл. 9.1) по результатам динамических испытаний. Исходные дан-
ные: молот подвесной /nj=25 кН, пг2=21,6 кН, Sa=0,01 м, 77= 1,5 м.
Забивка без подбабка.
По табл. 9.4 11=1500 кН/м2. Площадь поперечного сечения сваи
А =0,3'0,3=0,09 м2. Коэффициент А4=1, £^=25-1,5=37,5 кН-м.
Предельная нагрузка по формуле (9.9)
7~ 4’37,5 25 + 0,2-21,6
1 + 1500 0,09’0,01 254-21,6J
Несущая способность по формуле (9.7)
Fd=- 1-531 /1 = 531 кН.
11 = 531 кН.
Р, 1500 0,091
F =----i—
154
Расчетное сопротивление сваи по грунту по формуле (9.8)
Р = 531/1,4 = 380 кН.
Динамические испытания используются также для контроля физи-
ческого сопротивления сваи. При проектировании расчетную нагрузку
определяют методом, изложенным в 9.3.2. В период строительства,
зная параметры сваебойного оборудования, вычисляют проектный
(требуемый) отказ сваи по формуле
„___________mi+e8(ma4-m,)
^р~ (Xgp/M) (ygP/M+r\A) miH-m2+m3 • '
Если фактический отказ по данным динамических испытаний боль-
ше проектного, то свая имеет недостаточную несущую способность, и
в проект необходимо внести исправления.
Пример определения отказа см. в 9.9.
9.4. ЧАСТНЫЕ СЛУЧАИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
РАСЧЕТНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ
СВАИ ПО ГРУНТУ
Рис. 9.5. Работа свай в торфяных Ггрунтах:
д — в открытом торфе; б — погребенном торфе; в — то
же, ио при стабилизированных условиях
9.4.1. Сваи в торфяных грунтах. Торфяные грунты по своим свой-
ствам резко отличаются от минеральных. Они состоят из органиче-
ских веществ — остатков растений. В условиях залегания торф раз-
личают открытый (рис. 9.5,
а) и торф погребенный,
т. е. прикрытый минераль-
ным грунтом (рис. 9.5,
б, в).
большая сжимаемость и
другие свойства торфяных
грунтов сильно влияют 'на
сопротивление свай нагруз-
кам. Можно выделить сле-
дующие главные случаи ра-
боты свай в торфяных грун-
тах [29].
Торф открытый. Баро-
нессе забивки свай проис-
ходит отжатие и уплотне-
ние торфа, а также возникают силы трения по боковой поверх-
ности сваи. Однако, как показывают исследования, эти силы незначи-
тельны и со временем уменьшаются. Уменьшается и давление торфа
на сваи. Поэтому влияние торфа на сваи не учитывают и рассматрива-
ют свайный фундамент как с высоким свайным ростверком. В этом
случае сопротивление сваи по грунту обусловлено сопротивлением
подстилающих грунтов (рис. 9.5, а).
Расчетное сопротивление сваи по грунту определяют любым ука-
занным выше способом. Уровень подземных вод в торфе обычно нахо-
дится у поверхности земли, и удельный вес взвешенного торфа практи-
155
чески равен нулю. Поэтому при определении расчетных сопротивлений
грунтов под нижними концами свай и по боковой поверхности глубину
до острия и середины слоя принимают от поверхности минерального
грунта (от подошвы слоя торфа). При расчете по материалу свая рас-
сматривается как стержень в упругой среде — торфе, что несколько
увеличивает ее сопротивление продольному изгибу.
Торф погребенный (осадка торфа не стабилизирована). Условия
работы и несущая способность сваи зависят от окружающей обстановки
(рис. 9.5, б). В результате, например, планировки подсыпкой торф
будет сжиматься, подсыпка — оседать. При понижении уровня под-
земных вод в результате снятия фактора взвешивания увеличится мас-
са верхнего слоя минерального грунта, и, следовательно, нагрузка на
торф. То же произойдет при снижении уровня подземных вод уже в
пределах слоя торфа, но дополнительно произойдет усадка торфа —
уменьшение объема в результате подсушивания. Наконец, если на
поверхности по значительной площади приложена нагрузка, то на-
пряжения будут передаваться на торф, сжимать его.
Во всех перечисленных случаях два верхних слоя грунтов будут
опускаться вниз и силы трения не только не будут поддерживать сваю,
а наоборот, будут пригружать ее, т. е. изменять знак. Появляется так
называемое негативное или отрицательно направленное трение. Свая
удерживается в грунте только за счет нижней части (рис. 9.5, б),
т. е. ее несущая способность понижается.
Несущая способность, сваи в этом случае
Fa = Fe-FB-FT, (9.11)
где F„ — несущая способность нижней части сваи (ниже подошвы
слоя торфа); Еп и Fr — соответственно сопротивление по боковой
поверхности грунта подсыпки и торфа.
Несущая способность сваи может значительно уменьшиться, а
в некоторых случаях свая может получить осадку, даже не будучи
нагруженной ростверком. Более детально расчеты освещены в литера-
туре [24, 29].
.Торф погребенный (осадка торфа стабилизирована). Нагрузка
передается через трение по боковой поверхности сваи верхнему слою
минерального грунта, а затем — торфу (рис. 9.5, в). Несущая способ-
ность сваи зависит от размера сжатия торфа и осадки сваи [23, 24].
[(Обозначим: sr—осадка слоя торфа от давления, передаваемого
сваей на кровлю торфа; 8СДВ — сдвиговая осадка, т. е. осадка сваи при
испытании статической нагрузкой в момент «срыва» по боковой по-
верхности; su — предельная осадка для данного сооружения.
Если
[Sr + ScwXs», (9.12)
то наличие торфяного слоя'не приводит к изменению трения по боковой
поверхности^сваи.
Если же
$сдв > у (9.13)
156
то значение сил трения по боковой поверхности сваи выше кровли тор-
фа уменьшается. Расчетное сопротивление грунтов по боковой поверх-
ности сваи нужно умножить на понижающий коэффициент
kc = saEt/(0,8a//?T + sMB£T), (9.14)
где Ет — модуль деформации торфа, кПа; a — коэффициент, учиты-
вающий распределение напряжений; f — расчетное сопротивление
верхнего минерального грунта по боковой поверхности сваи, кПа;
Лт — мощность слоя торфа, м.
Коэффициент а берут по специальным таблицам [23, 24].
Таким образом, при проектировании свайных фундаментов в тор-
фяных грунтах нужен предварительный анализ грунтовой обстанов-
ки, существующих и будущих условий работы свай.
9.4.2. Сваи в просадочных (макропористых) грунтах. Свайные
фундаменты в просадочных грунтах проектируют, исходя из возмож-
ности полного замачивания грунтов в основании фундамента. Сваи,
как правило, должны прорезать всю просадочную толщу и погружать-
ся в непросадочный грунт не менее чем на 1 м. Расчетное сопротивление
висячей сваи по грунту в пределах непросадочных грунтов определя-
ют по формуле (9.5) или полевыми испытаниями статической нагруз-
кой с замачиванием. Использование динамического метода не допуска-
ется. При определении несущей способности расчетом характеристики
грунтов принимают с учетом замачивания. Силы трения по боковой по-
верхности сваи значительно снижаются. Если площадка сложена грун-
тами II типа по просадочности, т. е. проседающими от собственного
веса, то учитывается возможность появления отрицательно направлен-
ного трения в пределах просадочной толщи. Подробно все расчеты при-
ведены в СНиПе и «Руководстве» [35].
9.4.3. Сваи в сейсмических районах. При землетрясениях в резуль-
тате колебаний грунта и сооружения значительно понижается несу-
щая способность свай по грунту, сваи работают на горизонтальную
нагрузку, вызывающую изгиб.
Сваи рекомендуется опирать нижними концами на скальные по-
роды, крупнообломочные породы с песчаным заполнением, плотные
маловлажные песчаные грунты, твердые и полутвердые пылевато-
глинистые грунты. Заглубление свай в грунт должно быть не менее
4 м. Свайный фундамент рассчитывается на особое сочетание нагрузок
по предельным состояниям первой группы. Расчет свайных фундамен-
тов включает: определение несущей способности сваи по грунту; про-
верку сечений по сопротивлению материала сваи на совместное дейст-
вие расчетных усилий; проверку устойчивости грунта при давлении,
передаваемом на грунт боковыми поверхностями свай.
Несущую способность свай по грунту определяют расчетом так,
как это изложено в 9.3. Влияние сейсмических воздействий на значе-
ния Ruf учитывается путем умножения их на понижающий коэффи-
циент условий работы грунта основания уе(1, приведенный в табл. 9.5.
Определение несущей способности свай-стоек, опирающихся на скаль-
ные и крупнообломочные грунты, производят без введения коэффи-
циента 4eq.
157
Таблица 9.5. Коэффициент yeq
Расчетная сейсмичность зданий и сооружений Коэффициент для корректировки значений R и f при грунтах
песчаных плотных и средней плотности пылевато-глинистых с показателем текучести /д
маловлажных и средней влажно- сти водонасыщен- ных * 0,5 0.5-0,75 * 0,75-1 *
7 0,95 0,9 0.95 0,85 0,75
8 0,85 0,8 0,9 0,8 0,7
9 0,75 0,7 0,85 0,7 0,6
Примечание. Графы» отмеченные звездочкой, ^относятся только к сопротивлению
грунта побоковой поверхности.
В верхней части сваи на длине /р сопротивление грунта по боковой
поверхности сваи не учитывается. Значение
/₽ = 4/ад) (9.15)
где коэффициент деформации
ад=/(ВД(£?~), (9.16)
причем k — коэффициент жесткости основания, кН/м4; Ьс — условная
ширина сваи: для забивных прямоугольных Ьс=1,5 d+0,5 м, где d —
размер стороны сечения или диаметр сваи, м;']£'с — модуль упругости
материала сваи, кПа; J — момент инерции поперечного сечения
сваи, м4.
Детали этого расчета, проверка сечений по сопротивлению мате-
риала сваи и проверка устойчивости грунта приведены в СНиПе и
«Руководстве» [35].
9.4.4. Висячие набивные сваи. Несущую способность набивных
бетонных и железобетонных свай цилиндрической формы и сплошного
сечения определяют подформуле (9.5) или статическими испытаниями.
Однако некоторые значения, входящие в формулу (9.5), определяют
иначе. Коэффициент условий работы грунта по боковой поверхности
сваи ус f зависит от способа образования скважины и ствола сваи. Рас-
четное сопротивление под нижним концом набивной сваи для круп-
нообломочных и песчаных грунтов определяют расчетом, исходя из
теории предельного равновесия грунтов, а для пылевато-глинистых —
принимается по СНиПу. Если набивная свая состоит из железобетон-
ной оболочки и ее полость заполняется или не заполняется бетоном или
грунтом, то это накладывает свой отпечаток на весь ход расчета. Детали
расчетов набивных свай в разных условиях приведены в СНиПе и
«Руководстве» [35].
9.4.5. Сваи, работающие на выдергивание. Сопротивление свай
выдергиванию определяют, исходя из сопротивления сваи по грунту
основания и материала сваи на растяжение. Кроме того, проверяют
заделку свай в ростверк.
158
Несущая способность по грунту забивной сваи, работающей на
выдергивание,
= (9.17)
где и, ycf, ft, l( — как в формуле (9.5); ус — коэффициент условий ра-
боты. Для свай, погруженных в грунт на глубину менее 4 м, ус=0,6,
на глубину свыше 4 м ус=0,8.
Расчет сечения центрально растянутой железобетонной сваи без
предварительного напряжения арматуры выполняют по формуле
N^RaAa, (9.18)
где М — расчетная нагрузка для расчета по первой группе предель-
ных состояний, кН; /?а, Аа — соответственно расчетное сопротивле-
ние и площадь сечения всей продольной арматуры, кПа. Для деревян-
ных свай
где ус — коэффициент условий работы на повышенную влажность
среды; ус=0,75; — расчетное сопротивление древесины при растя-
жении вдоль волокон (для сосны и ели 7? = 1,0 МПа); А-^~ площадь
ослабленного поперечного сечения сваи в месте заделки, мг.
9.5. РАСЧЕТ ЦЕНТРАЛЬНО НАГРУЖЕННОГО \
СВАЙНОГО ФУНДАМЕНТА
Центрально нагруженным называется свайный фундамент, у ко-
торого равнодействующая нагрузок проходит через центр тяжести
площади поперечного сечения свай в плоскости их верхних концов (низа
ростверка).
Особенностью проектирования свайного фундамента является
вариантность решений. Намечают ряд вариантов: с разными конст-
рукциями и размерами свай, размещением их (кусты, ряд) и т. п. Эти
варианты рассчитывают, производят технико-экономическое сравнение
и принимают наиболее рациональное решение.
Последовательность расчета: а) принимают тип, материал, конст-
рукцию и размеры сваи (см. 9.2); б) производят выбор глубины зало-
жения ростверка (см. 3.3); в) определяют несущую способность сваи
(см. 9.3); г) подсчитывают нагрузки, передаваемые на свайный фун-
дамент; д) находят количество свай в кусте; е) конструируют ростверк,
прозводя его расчет (см. 9.7); ж) проверяют фактическое усилие, пере-
даваемое на сваи и основание; з) рассчитывают осадку свайного фун-
дамента.
Определение нагрузки на свайный фундамент, включая ориенти-
ровочный вес ростверка и грунта на его ступенях, производят по сле-
дующим соображениям. Минимальное расстояние между сваями в
кусте обычно составляет 3d (d — размер поперечного сечения сваи).
Следовательно, среднее давление на основание под ростверком
pp = P/(3d2), (9.20)
где Р — расчетное сопротивление сваи.
159
Зная рр, определяют площадь подошвы ростверка
^Р = ^о/(р₽—Tcp^pV/). (9.21)
где No — расчетная нагрузка по обрезу фундамента, кН; уср — сред-
ний удельный вес материала фундамента и грунта, принимаемый
уср=20 кН/м?; у/ — коэффициент надежности по нагрузке, равный
1,1; dp—глубина заложения ростверка, м. Тогда ориентировочный
расчетный вес ростверка и грунта
(9.22)
Количество свай в фундаменте
пс = (У0 + ЛГр.г)/Р. (9.23)
Полученное количество округляется до целого числа свай в- кусте,
удобного для размещения и забивки пс ф. При необходимости изме-
няют количество свай, принимая их других размеров. В этом случае
соответственно уменьшается или увеличивается несущая способность.
Размещение свай в ленточных фундамен-
тах см. 9.8. После размещения свай и
конструирования ростверка находят фак-
тический вес ростверка и грунта —
определяют фактическое давление на
каждую сваю Р$ и проверяют условие
/>Ф = (^о + ^ф)/лс.ф<Р. (9.24)
Далее рассчитывают среднее давле-
ние на грунт в плоскости нижних кон-
цов свай. При этом весь свайный фун-
дамент рассматривается как условный
сплошной массив, включающий грунт и
сваи. Контуры условного массива abed
(рис. 9.6) при длине свай не более 12 м
определяют сверху поверхностью плани-
ровки, с боков — вертикальными плос-
костями, снизу — плоскостью в уровне
нижних концов свай в границах, нахо-
димых пересечением с этой плоскостью
наклонных под углом <рср/4 к вертикали
линий (фср — среднее значение углов
внутреннего трения грунтов в пределах
длины свай), проведенных от наружного контура свайного куста (или
ряда) в уровне подошвы ростверка (при наличии наклонных свай
нижнюю границу условного массива определяют концами этих свай).
Расчетом устанавливают условие
pu = ^Nn/A^R, (9.25)
где — сумм а расчетных * ^агрузок в плоскости подошвы
свайного фундамента, кН, включая' вес указанного выше условного
* Для расчета по деформациям.
ct
5М
ч I
f2r2\l
^01 ,
! и
---V//V//V/Ak
I *
J
'С
S\
Эпюра /| gy.
на пряжении! г
от cofcm\j
венного 1
веса I
1-4
Эпюра
уплотняю-
щих напряжений
I
Рис. 9.6 Схема к проверке на-.
пряжений и осадок свайного
фундамента
160
массива в объеме abed: при высоком уровне подземных вод учитывается
взвешивающее действие воды на условный массив; /1м—площадь
подошвы условного массива, м2; R — расчетное сопротивление грунта
основания условного массива, кПа.
Значение R определяют по формуле (4.5) или с учетом обозначений
на рис. 9.6:
R =№(MA\YI1 + M^I + (M.-l)d6Th + Mcrn), (9.26)
где Tel, Yea, k, Му, Мд, Мс, kz, Су, db имеют прежние значения; fty,
dy— соответственно ширина и глубина заложения условного масси-
ва abed, м; yh — средневзвешенный удельный вес грунта природного
залегания в пределах высоты условного массива, кН/м?; уп — то же,
ниже условного массива, кН/м?. Угол фср при слоистом напластова-
нии в пределах длины сваи принимается средневзвешенным
Фср - Z1 + /2+...+Zn ’
где Ф1, ф2,...,фп—расчетные значения углов внутреннего трения грун-
та при расчете по второй ^группе,; предельных состояний в пределах
соответствующих участков сваи 4. /2. •••» 1п-
Соблюдение условия (4.1) показывает, что можно принять линей-
ную зависимость между напряжениями в основании и деформациями,
а следовательно, определять осадку свайного фундамента.
9.6. РАСЧЕТ ОСАДКИ СВАЙНОГО ФУНДАМЕНТА
В результате нагружения свайного фундамента грунт основания
уплотняется, сжимается, фундамент получает осадку, следовательно,
получают осадку и надземные конструкции. Поэтому на свайные фун-
даменты полностью распространяется основной принцип проектиро-
вания и расчет по предельным состояниям первой и второй групп.
Расчет оснований свайных фундаментов по деформациям обязате-
лен, за исключением фундаментов со сваями-стойками. Особенно ва-
жен этот расчет при сильносжимаемых грунтах и больших различиях
в нагрузках на разные фундаменты в пределах одного сооружения.
Расчет осадки свайного фундамента по СНиПу производят как для
условного фундамента abed (рис. 9.6). Этот фундамент передает равно-
мерно распределенное давление от сооружения на грунт в плоскости,
проходящей через острия свай. Последовательность расчета обычная
(см. гл. 6 и рис. 9.6). При расчете методом суммирования: а) строят
эпюру напряжений в грунте от собственного веса; б) определяют фак-
тическое давление на грунт по подошве условного фундамента (в на-
грузку включается вес массива abed); в) находят уплотняющее (допол-
нительное) давление на этой глубине; г) строят эпюру уплотняющих
давлений и определяют глубину сжимаемой толщи; д) сжимаемую тол-
щу делят на элементарные слои и вычисляют осадку фундамента по
формуле (6.14). При этом должно удовлетворяться требование (6.2).
161
В зависимости от обстановки может потребоваться определение от-
носительной осадки, прогиба и др.
При сильносжимаемых грунтах учитывают влияние соседних фун-
даментов по методам, изложенным в пп. 6.6 и 6.11. Если планировка
территории осуществляется подсыпкой, то это обстоятельство необхо-
димо оценивать расчетом. Даже при небольшой подсыпке, но по боль-
шой площади напряжения распространяются на большую глубину и
вызывают общую осадку территории, в частности, расположенных
здесь сооружений на свайных фундаментах. Пример расчета осадки
приведен в 9.9.
Для расчета осадок свайных фундаментов могут быть использованы
другие методы, освещенные в СНиПе и гл. 6.
9.7. РАСЧЕТ ВНЕЦЕНТРЕННО НАГРУЖЕННОГО
СВАЙНОГО ФУНДАМЕНТА
Внецентренно нагруженным, свайным фундаментом называется та-
кой, у которого равнодействующая нагрузок не проходит через центр
тяжести площади поперечного сечения свай в плоскости верхних концов
(подошвы ростверка).
Конструкция и последовательность расчета внецентренно нагру-
женных свайных фундаментов в целом такие же, как и центрально
нагруженных. Дополнительно учитывают следующее. Если сваи нельзя
разместить так, чтобы давление на них было одинаково, или если экс-
центриситет переменный, то количество свай, установленное как для
центрально нагруженного, заранее увеличивается. Проверяют давле-
ние на сваи крайних рядов. При расчете ростверка учитывают реакции
этих наиболее нагруженных свай. Проверка давления на грунт в плос-
кости острия свай осуществляется как для внецентренно нагруженного
фундамента‘на естественном основании. Общим принципом проектиро-
вания является следующее: необходимо стремиться к тому, чтобы рав-
нодействующая постоянных сил проходила возможно ближе к центру
тяжести площади сечения свай в плоскости их нижних концов при
возможно более равномерном расположении свай.
Эксцентриситет нагрузки влияет на количество и размещение свай.
Это учитывается тремя способами:
1. Количество свай принимают несколько увеличенным; сваи раз-
мещают по равномерной сетке; нагрузка на крайние сваи со стороны
эксцентриситета равна расчетному сопротивлению сваи, остальные
сваи недогружены.
2. Количество свай принимают без учета эксцентриситета; сваи
размещают неравномерно, но так, чтобы нагрузки на все сваи были
одинаковы.
3. Количество свай принимают без учета эксцентриситета; сваи
размещают равномерно; ростверк со сваями смещается на величину
эксцентриситета. Таким образом, центр тяжести свайного фундамента
совмещается с точкой приложения равнодействующей в плоскости
подошвы ростверка. Нагрузка на все сваи одинакова.
Первый способ более удобен для производства работ и при пе-
162
ременных значениях сил и эксцентриси гов. Второй и третий способы
более экономичны, но применимы при относительно постоянном зна-
чении эксцентриситета.
При равномерном размещений свай сначала производят расчет
как центрально нагруженного свайного фундамента (см. 9.5), но ко-
личество свай принимают больше, чем это требуется при расчете на
центральную нагрузку (ориентировочно на 20%). После размещения
свай и получения таким образом размеров ростверка определяет фак-
тическую нагрузку на любую сваю по формуле
Р* = Nt/ne, ф ± М1У/^ у1 ' (9.28)
где — расчетная вертикальная нагрузка на свайный фундамент,
включая вес ростверка и грунта на его уступах, кН; ис.ф — принятое
количество свай; — расчетный момент, действущий на фундамент
в плоскости подошвы ростверка при данной комбинации нагрузок,
кН-м; у — расстояние от центра тяжести площади сечения всех свай
в уровне подошвы ростверка до оси рассматриваемой сваи, м; —
сумма квадратов расстоянийхгг центра тяжести площади всех свай
(оси вращения) до оси каждой сваи; эту сумму условно называют мо-
ментом инерции Свайного фундамента, м2.
Если момент действует одновременно в двух направлениях,
, :'А , 1мх,у , му1х
(9.29)
где ЛГл1, Му1— расчетные моменты относительно главных осей в
плоскости подошвы ростверка, кН-м; х, у — расстояния от главных
осей площади всех свай до оси рассматриваемой сваи, м; х;, yt — рас-
стояния от главных осей свайного фундамента до оси каждой сваи, м.
В обоих случаях должно соблюдаться условие
Рф < А (9.30)
где Р — расчетное сопротивление сваи.
При кратковременных и особых нагрузках СНиП допускает пере-
грузку крайних свай до 20%, т. е.
РФ=^1,2Р. (9.31)
Если эти условия не удовлетворяются, то увеличивают либо коли-
чество свай, либо расстояние между ними или изменяют конструкцию,
а следовательно, и сопротивление сваи. Перегрузка свай не допуска-
ется, недогрузка, как правило, не должна превышать 5%.
Пример 9.8. Определить нагрузку на крайние сваи фундамента
дымовой трубы (рис. 9.7). Постоянные расчетные нагрузки по обрезу:
вес трубы] ЛГо1=22 000 кН, вес ростверка и грунта G,=8650 кН.
Временная ветровая нагрузка FoA)=610 кН создает момент Л4о1=
=27 600 кН-м. Расчетное сопротивление сваи сечением 35x35 см
Р=450 кН.
Определяют количество свай, по формуле (9.23). Вследствие нали-
чия большого момента увеличивают его на 20%:
(пе = 1,2 (22 000 + 8650)/450 = 82 сваи.
163
Размещаем сваи по окружностям с равномерным шагом не менее
3d. По условиям размещения псф=81 (см. рис. 9.7). Расчетные нагрузки
на свайный фундамент
= 22 000 + 8650 = 30 650 кН;
М, = Мо1 + FoMdn = 27 6004- 610-4 = 30 040 кН.м.
Момент инерции 2#? свайного фундамента определяют через по-
лярный момент инерции
/пол = 2г* = 6,554344-5,354264- 4,15421 = 2556 м4.
1
Следовательно,
/ = 0,5/пол = 0,5.2556= 1278 м4.
Нагрузка на крайние сваи по формуле (9.28)
= 30 650/814- 30 040.6,55/1278 = 534 кН.
Момент создается кратковременной нагрузкой. Следовательно,
допускается перегрузка крайних свай до 1,2 Р=1,2-450=540 кН.
Условие (9.31) удовлетворено.
Пример определения нагрузки
на сваи с прямоугольным рост-
верком см. в 9.9.
Неравномерное размещение свай.
Когда вертикальная i нагрузка й
эксцентриситет являются постоян-
ными по значению, знаку и во
времени (например, у подпорных
стенок), можно сместить центр тя-
жести площади поперечного сече-
ния свай, расположить сваи нерав-
номерно и добиться одинакового
загружения каждой сваи без сме-
щения ростверка. Распределение
свай выполняют в этом случае с
помощью графического построения,
изложенного в литературе [281.
По условиям производства ра-
бот и работы грунта ниже острия
свай более целесообразно равно-
мерное размещение свай и смеще-
ние ростверка со сваями в сторо-
Рис. 9.7.'Расчетная схема к примеру НУ эксцентриситета на размер,
' 9.8 (размеры в м) равный эксцентриситету.
9.8. КОНСТРУКЦИИ И РАСЧЕТ СВАЙНЫХ РОСТВЕРКОВ
Ростверк устраивают по верху свай для обеспечения совместной
работы свай под нагрузкой. Конструкцию ростверка проектируют
с учетом условий передачи нагрузки, количества свай, принятого ма-
териала и др.. О глубине заложения ростверка см. гл. 3.
164
Конструирование ростверка начинают с рЗзбивки (размещения)
свай. Из условия облегчения производства работ желательно сваи раз-
мещать в плане фундамента правильными рядами. Оси одиночных
свайных рядов должны совпадать с линиями действия нагрузок. Оси
свайных рядов и кустов привязывают к осям здания. Каждая свая в
проекте должна иметь свой порядковый номер.
Разбивку свай в ростверке
производят равномерно. Сваи
шахматном (рис. 9.8, б) по-
рядке. Ряды свай располага-
ют на равных расстояниях.
Минимальное расстояние меж-
ду осями висячих свай при-
нимают не менее 3d (d —диа-
метр или сторона поперечно-
го сечения сваи) и не менее
0,7 м. Расстояние между сва-
ями-стойками не регламенти-
руется и зависит от нагрузок
и возможности их забивки до
прочного грунта. Между стен-
ками полых свай с откры-
тым нижним концом и обо-
лочек расстояние принимают
не менее 1 м.
• центрально нагруженного фундамента
размещают в рядовом (рис. 9.8,’ а) или
Рис. 9.8. Расположение свай в ростверке:
а, б — отдельные фундаменты; в, г — ленточные
фундаменты
В ленточных фундаментах (под стенами) сваи располагают в один,
два и три ряда. Расстояние между сваями _________;_______
c1 = ktP/Nl, j ' (9.32)
где kp — число рядов свай; Nt — расчетная нагрузка от здания и соб-
ственного веса ростверка на 1 м длины фундамента, кН/м.
Если ширина плиты ростверка позволяет установить расстояние
между рядами свай с^З d, можно принять рядовое расположение
(рис. 9.8, в). При меньшей величине с обязательно шахматное располо-
жение (рис. 9.8, г). При размещении свай под стену в один ряд наличие
свай в углах здания обязательно, в узлах пересечения стен — жела-
тельно.
При проектировании ростверков следует учитывать возможные
отклонения свай при забивке. Эти отклонения для однорядного распо-
ложения сплошных свай допускаются до 0,2 d. Расстояние в свету от
края сваи до края ростверка (с учетом отклонения) должно быть не
менее 5 см.
Круглые в плане сооружения имеют обычно фундаменты круглые
или кольцеобразные. Сваи размещают по концентричес ким окружно-
стям и на равных расстояниях. При этом число свай в каждом после-
довательном кольцеообразном ряду принимают 6, 12, 18, 24, 30 и т. д.
Тогда расстояние между сваями получается одинаковым. В кольцевых
ростверках расстояние между сваями в каждом ряду желательно при.
нимать одинаковым. При небольшом числе рядов (2...4) можно при
165
Рис. 9.9. Конструкции ростверков:
а — под колонну каркасного здания; б — под стены
зданий с техническим подпольем; в — под стены бес-
подвал ьных зданий; г — заделка свай в монолитный
ростверк; д — то же, сборный
нимать одинаковое количество свай в ряду, располагая их по радиу-
сам.
Ростверки под стены (рис. 9.9, б, б) проектируют из сборных же-
лезобетонных элементов (балок) из бетона марки не ниже 200, но можно
применять и монолитные из бетона марки не ниже 150. Ростверки под
колонны (рис. 9.9, а, в, г), как правило, устраивают монолитные. Верх
ростверка, если он шире надземных конструкций, принимают ниже
уровня пола. Толщину ростверка и уступов определяют расчетом (см.
ниже). При связных водонасыщенных грунтах пластичного и текучего
состояния по показателю
текучести под ростверком
устраивают подготовку из
втрамбованного в грунт
щебня или бетона толщи-
ной 10 см. Санитарно-тех-
нические трубопроводы не
должны пересекать рост-
верки. Осадочными швами
следует разрезать и рост-
верки. Ширину ростверков
под стены устраивают не
менее 400 мм и при 'этом
учитывают возможное сме-
щение сваи, высоту — не
менее 300 мм. Конструк-
цию ростверка колонн про-
ектируют таким образом,
чтобы возможно было на
обрезах уложить фунда-
ментные балки.
11ри передаче на сваи вертикальной сжимающей нагрузки ствол
сваи заделывают в ростверк не менее чем на 5 см, выпуски арматуры
в случае необходимости для связи ее с ростверком — не менее 25 см;
при действии на сваи вертикальной растягивающей или горизонтальной
нагрузки — ствол не менее 10 см, а выпуски арматуры не менее 40 см,
но не менее 30 диаметров стержней рабочей арматуры.
Ростверки армируют в соответствии с расчетом или конструктив-
но. По верху свай обычно укладывают арматурную сетку.
Примеры конструкций ростверков приведены на рис. 9.9 и более
подробно в литературе [35].
Расчет свайных ростверков производится на продавливание по на-
клонным плоскостям, разрушение по наклонным плоскостям (на глав-
ные растягивающие напряжения) и на изгиб.
9. 8.1. Ростверки под стены. Они представляют собой многопролет-
ную железобетонную балку, опирающуюся на отдельные опоры-сваи.
Такая балка по существу не отличается от неразрезной рандбалки, опи-
рающейся на отдельные фундаменты. Для расчета таких ростверков
используют метод расчета рандбалок Б. Н. Жемочкина. Ростверк рас-
сматривается как балка на упругом основании (стене), находящаяся
166
под действием сосредоточенных сил (реакций свай). Эпюры нагрузок
от стены имеют вид треугольников с наибольшими ординатами у опор.
При наличии двух рядов свай, расположенных по прямоугольной сетке,
за расчетный пролет принимается расстояние между осями свай, а
при расположении свай в шахматном порядке расчетный пролет при-
нимается равным длине проекции расстояния между осями свай по
диагонали на продольную ось ростверка. При многорядном располо-
жении свай под стенами зданий, когда один или несколько рядов нахо-
дятся вне контура стены, ростверки рассчитывают также на продав-
ливание и разрушение по косым трещинам аналогично ростверкам
свайных кустов.
При нагрузках строительного периода (от неокрепшей кладки)
изгибающие моменты и поперечную силу определяют как для балки
с защемленными концами по формулам
моя = <7^/12; Л4пр = <М4/24; Q = <7«Lp/2, (9.33)
где Моп, Л4пр, Q — соответственно опорный момент, пролетный мо-
мент и поперечная сила, кН-м и кН; qK — нагрузка от кладки высотой
0,5 L и собственный вес ростверка (на 1 м длины ростверка), кН, с
коэффициентом надежности по нагрузке уу=1,1; L — расстояние между
сваями (в осях), м; Lp — расчетный пролет, м; Lp=1,05 (Л—d); d —
размер стороны поперечного сечения сваи, м.
Когда высота кладки от верха ростверка до низа проема менее
1/3 L (рис. 9.10), учитывают вес кладки до верхней грани надпроемных
перемычек. Если перемычки каменные, то
вес кладки стен определяют до отметки,
превышающей отметку верха проема на
1/3 его ширины.
Расчет на эксплуатационные нагрузки
производят в зависимости от местных ус-
ловий по различным расчетным схемам
(табл. 9.6).
Длина полуоснования эпюры нагрузки
а = 3,14/Ё//(ЕА). (9.34)
где Е и Ек — модули упругости соответ-
ственно бетона ростверка и кладки сте-
рузки строительного периода
ны, кПа; / — момент инерции поперечного сечения ростверка,
м4; Ьл — толщина стены, опирающейся на ростверк, м.
Значение ординаты эпюры нагрузки над гранью сваи
а над осью сваи
p = qLvja,
(9.35)
р0 = qL/a,
(9.36)
где q — равномерно распределенная расчетная нагрузка от здания на
уровне плоскости подошвы ростверка, кН/м.
Расчетные опорные и пролетные моменты от нагрузки, возникаю-
щие в эксплуатационный период, определяют по формулам, приведен-
ным в табл. 9.6.
167
Таблица 9.6. Формулы для расчета ростверков под стены
№ п/п ’J Область применения Схема применения
1 а<-£2с-
2 Л Л
3 Lc ‘,~2~ я Lс
4 a^Lc
5 а> S
i X \ —zdhh—
* L u '
1жП/11к ।
— п ц 1
1 ^111111111 llflto
й1 “
1
WIIIIIIIIIIIIIIIIIIIM 11111Н11НН1111НН11111111111111111И
"п""'
а
1 jilri
1- ц- - z в
Момент на опоре МоП Момент в середине пролета ^Пр
—<?а(2Др—а) 12 да2 ~тг
-qa(2Lf—a) 12 -^-[2(6£*-4а£р+аг) + Д’ (Др-6а)- 1 а2 ]
12 24
— qS(3Lp— 2S) 12 <zs2 6
Кроме того, проверяется прочность кладки над сваей на смятие.
Расчет ростверков под стены крупнопанельных зданий приведен в
«Руководстве» [35].
Пример 9.9. Рассчитать ростверк под стену кирпичного дома
(рис. 9.11). Расчетная нагрузка от стены на уровне подошвы ростверка
<7ст=180 кН/м. Толщина стены 6К=51 см, кирпич марки 100, раствор
марки 75. Расположение свай однорядное через 125 см. Сваи сечением
30x30 см.
Учитывая возможное отклонение свай при забивке, принимаем ши-
рину ростверка Ь=50 см, высоту /г=40 см. Бетон марки М150.
Модуль упругости бетона £=21 • 106 кПа, а из СНиП П-21—75
для заданных марок материалов по таблицам и формулам находим
£к=17-105 кПа, вес кладки — 17,0 кН/м8, железобетон- — 24,0 кН/м8.
1. Расчет на нагрузки строительного период Интенсивность
нагрузки
q* = 0,51 • 0,63 • 17,0• 1 + 0,5 • 0,4• 24,0 • 1 = 10,3 кН/м.
Расчетный пролет, моменты, поперечная сила по формулам (9.33):
£р= 1,05(1,25—0,3)= 1 м; Моп= 10,3-Р/12 = 0,858 кН-м;
Л1пр= 10,9-Р/24 = 0,454 кН-м; Q = 10,3-1/2 = 5,15 кН.
2. Расчет на нагрузки эксплуатационного периода. Момент инерции
ростверка
I = 0,5-0,48/12 = 0,0027 м4.
Длина полуоснования эпюры нагрузки по. формуле (9.34)
а = 3,14 v/21-Ю’-0,0027/(17-106-0,51)= 1,25 м.
Поскольку a>Lc, моменты определяем по формулам табл 9.6 для
четвертого случая:
Моп= 180-18/12 = 15 кН-м; /Ипр = 180-12/24 = 7,5 кН-м.
Значения ординаты нагрузки над осью сваи по формуле (9.35)
р0 = 180-1,25/1,25 = 180 кН/м.
Поперечная сила на опоре Q=180-1,0/2=90 кН.
По полученным значениям М и Q проверяют принятое сечение рост-
верка, подбирают продольную и поперечную арматуру.
9. 8.2. Ростверки под колонны. Монолитные железобетонные рост-
верки отдельных свайных фундаментов рассчитывают по первой группе
предельных состояний (прочности, несущей способности). При этом
необходимо выполнить несколько расчетов, которые рассматриваются
ниже.
1. Расчет на продавливание колонной (рис. 9.12, а). Этот расчет
сводится к удовлетворению требования
У < [ах (6К 4- с2) + аг (ак + cj] (9.37)
где N — расчетная продавливающая сила, равная сумме реакций
свай за пределами пирамиды продавливания (реакции определяют
169
только от нормальной силы по обрезу фундамента), кН; &к, aR — разме-
ры сечения колонны, м; — расстояние от плоскости грани колонны
с размером Ьк до плоскости ближайшей грани свай, расположенных
снаружи плоскости, проходящей по стороне колонны с размером Ьк, м;
с2 — расстояние от плоскости грани колонны с размером ак до плоско-
сти ближайшей грани свай,
расположенных снаружи пло-
скости, проходящей по сто-
роне колонны с размером
ак, м; йг — рабочая высота
Рис. 9.12. Расчетные схемы для проверки
на продавливание:
а — образование прямоугольного сечения (план и
разрез); б — то же, при многорядном расположении
свай за наружными гранями колонны
Рис, 9.11. Расчетная схема к ^при-
меру 9.9. (размеры в м) '
сечения ростверка на проверяемом участке, принимаемая от дна ста-
кана до верха нижней рабочей арматуры, м; — расчетное сопротив-
ление бетона растяжению для железобетонных конструкций, кПа; <Xi,
а2 — безразмерные коэффициенты, принимаемые по табл. 9.7 в зави-
симости от отношения
При квадратной колонне формула (9.37)'будет иметь вид
(9.38)
Таблица 9.7. Значения коэффициентов а, и а2
ki «1,2 ki «1,2 ki «1 2 ki «1,2
0,3 и 5,24 0,50 3,34 0,70 . 2,62 0,90 2,26
менее 0,32 4,94 0,52 3,23 0,72 2,57 0,92 2,23
0,34 4,65 0,54 3,14 0,74 2,52 0,94 2,21
0,36 4,42 0,56 3,06 0,76 2,48 0,96 2,19
0,38 4,2 0,58 2,98 0,78 2,45 0,98 2,16
0,40 4,02 0,60 2,90 0,80 2,4 1,0и более 2,13
0,42 3,85 0,62 2,83 0,82 2,37
0,44 3,7 0,64 2,77 0,84 2,34
0,46 3,57 0,66 2,72 0,86 2,30
0,48 3,44 0,68 2,66 0,88 2,28
170
Расчет на продавливание внецентренно нагруженных ростверков
под колонны прямоугольного сечения производят по тем же формулам,
что и для центрально нагруженных, но при этом расчетное значение
продавливающей силы Л^=22РФ/, где — сумма реакций всех
свай, расположенных с одной стороны от оси колонны в наиболее на-
груженной части ростверка, за вычетом реакции свай, расположенных
в зоне пирамиды продавливания с этой же стороны от оси колонны.
Линии пирамиды продавливания проводят под углом 45°. Для сбор-
ных железобетонных колонн, имеющих общий стакан, высоту роствер-
ка на продавливание колонной рассчитывают как при колонне сплош-
ного прямоугольного сечения по общему периметру колонн.
2. Расчет ростверка на продавливание угловой сваей. Реакции (реак-
тивному давлению) со стороны угловой сваи ростверк сопротивляется
только по двум граням опрокинутой пирамиды продавливания (рис.
9.12, б). Расчет производят из условия
[Pl(bo24-0,5cos)4-P2(&<>1+0,5^ol)]/iolZ?p, ' (9.39)
где Рф/ — расчетная нагрузка на угловую сваю, включая влияние
местной нагрузки (например, от стенового заполнения), с учетом мо-
ментов в двух направлениях, кН; bol, boi — расстояния внутренних
граней угловой сваи до наружных граней плиты ростверка (рис. 9.12,
б), м; coi, со2 — расстояния от плоскости внутренних граней свай до
ближайших граней подколонника или до ближайших граней ступени
при ступенчатом ростверке (рис. 9.12, б), м; /i01 — высота нижней сту-
пени от верха свай, м; р1( р2 — безразмерные коэффициенты, принимае-
мые по табл. 9.8 в зависимости от отношения ^0i=col7ft0i’
Таблица 9.8. Значения коэффициентов и р2
koi 31,2 31,2 koi 31,2 31,2
0,Зи менее 1,05 0,42 0,84 0,56 0,73 0,70 0,67
0,32 1,0 0,44 0,82 0,58 0,72 0,76 0,66
0,34 0,96 0,48 0,78 0,6 0,71 0,8 0,65
0,36 0,92 0,5 0,76 0,62 0,70 I и более 0,64
0,38 0,89 0,52 0,75 0,64 0,69
0,40 0,86 0,54 0,74 0,67 0,68
3. Расчет ростверка на изгиб. Расчет прочности ростверка на изгиб
производят в сечениях по граням колонны, а также по наружным гра-
ням подколонника ростверка или по граням ступеней ростверка. Рас-
четный изгибающий момент для каждого сечения определяют как сумму
моментовлот реакции свай (от расчетных нагрузок на ростверк) и от
Местных расчетных нагрузок, приложенных к консольному свесу рост-
верка по одну сторону от рассматриваемого сечения. Если сваи работа-
ют на выдергивание, то проверку прочности на изгиб выполняют на
действие отрицательных реакций свай. Сечение арматуры подбирается
171
так, как это изложено в гл. 8. Расчет стаканной части ростверка дела-
ется так же, как у фундамента на естественном основании (см. гл. 8),
Производят также расчет ростверка на местное сжатие (смятие)
под торцами колонн.
Расчет ростверков под монолитные колонны производят аналогич-
но, но рабочую высоту принимают от верха ростверка до верха нижней
рабочей арматуры. Для ростверков под металлические колонны расчет
в целом выполняют так, как это изложено выше, но с некоторыми осо-
бенностями. Линии давления (границы пирамид) проводят от контура
металлического башмака колонны, рабочую высоту ростверка прини-
мают от низа башмака до верха нижней рабочей арматуры.
Более детально расчеты ростверков освещены в литературе [33].
Пример 9.10. Проверить расчетом прочность ростверка, размеры
которого получены конструктивно — исходя из сечения колонны, глу-
бины заложения, количества и расположения свай (рис. 9.13). Нагруз-
ка на каждую сваю от нормальной силы — 290 кН. Ростверк из бетона
М150, /?р=630 кПа, арматура А-П, 7?а=270 ООО кПа.
Используем формулы, приведенные выше. Проверяем ростверк на
продавливание"колонной по формуле (9.37). Из рис. 9.13 видно, что
Ci=0,9 м, с2=0,5 м, /и=0,75 м; для 62=0,5/0,75=0,66 а2=2,72; для
^1=0,9/0,75=1,2 (Х1=2,13. Сила сопротивления продавливанию [пра-
вая часть формулы (9.37)] $1С ь ci
[2,13 (0,5 +0^4-2,72 (0,6+ 0,9)] 0,75-630 = 2959 кН.
Продавливающая сила \
А/= 2^(290«3) +(29.0-2)^= 2900 <'2959 кН.
Рассчитываем ростверк на продавливание угловой сваей. При дан-
ном расположении свай coi=0,6 м, со2=0,2 м, ^=0,75 м; для kol=
=0,6/0,75=0,8 ₽!=0,65; для £о2=0,2/0,75=0,266 р2=1,05.Сила со-
противления продавливанию [правая часть формулы (9.39)]
[0,65 (0,45 + 0,2/2) + 1,05 (0,45 + 0,6/2)]р,75• 630 « 530 > 290 кН.
Далее ростверк и подколенник рассчитывают на изгиб (см. гл. 8).
9.9. КОМПЛЕКСНЫЙ ПРИМЕР РАСЧЕТА
СВАЙНОГО ФУНДАМЕНТА
Рассчитать свайный фундамент под сборную железобетонную колон-
ну. Здание каркасное с наполнением. Сечение колонны 0,4X 0,6 м.
Действующие нагрузки по обрезу даны в табл. 9.9
Таблица 9.9. К комплексному примеру
Для расчета 1-е сочетание 2-е сочетание
"оЬ кН МО1. кН-м ^оЛЬ кН "ol. кН "ob кН-м кН
По несущей способ- ности 2052 71 16 2300 37 21,6
По деформациям 1710 60 12 1916 30,8 18
172
Напластование грунтов изображено на рис. 9.14, их свойства по
данным испытаний приведены в табл. 9.10. Расчетная глубина промер-
зания dn = l,5 м. Сроки строительства неизвестны.
Рис. 9.13. Расчетная схема к ^примеру РисЛ9.14. К определению расчетной
9.10 (размеры в м) “ нагрузки на сваю (размеры в м).
1. Назначаем глубину заложения ростверка. Показатель текучести
суглинка /ь=(0,2б—0,20)/(0,'30—0,20)=0,6.
Таблица 9.10. К комплексному примеру
Грунт кН/м3 Ъ, кН/м3 W W. WP <₽п. град. С1Ь кПа е Е, кПа
Суглинок 19,2 27,2 0,26 0,30 0,20 12 20 0,8 9 500
Глина 19,4 27,2 0,30 0,48 0,18 8 10 0,81 8 000
Песок 19,5 26,5 0,21 — — 26 1 0,61 27 000
По табл. 3.1 глубина заложения должна быть не менее расчетной
глубины промерзания. Принимаем глубину заложения ростверка
1,6 м.
2. Выбираем тип, материал и конструкцию свай. По геологическим
условиям тип сваи V-висячая. Можно рассмотреть варианты свай:
1) короткая свая с острием в глине; 2) свая, заглубленная в песок; 3)
длинная свая со значительным заглублением в песок. Первый вариант
нецелесообразен: грунт под острием воспримет небольшую нагрузку.
Варианты 2 и 3 необходимо сравнить по экономическим показателям.
Ниже рассматривается только вариант 2.
173
В прочный грунт (песок) нижний конец сваи рекомендуется заглуб-
лять не менее 2. . .3 м. С учетом глубины заложения ростверка полу-
чаем длину сваи около 10 м. Уровень подземных вод низкий, поэтому
принимаем сваи железобетонные по табл. 9.1 СЮ—30. Длина сваи 10 м,
сечение 30x30 см, вес 22,9 кН, бетон марки МЗОО, арматура 4012
А-II. ftЧ Ч.Ч
3. Определяем расчетную (допускаемую) нагрузку на забивную
сваю (см. рис. 9.15). Расчетное сопротивление сваи по грунту определя-
ем по формуле (9.5) и табл. 9.2, 9.3. Для этого найдем ус/?=Тс/ = 1!
ус=1; Ас=0,3-0,3=0,09 м2; ы=0,3-4=1,2 м.
На глубине 4=11,6 м от поверхности для мелкого песка средней
плотности (е=0,61) получаем 7? =2700 кПа.
Показатель консистенции суглинка /ь=0,6, а глины
IL = (0,30—0,18)/(0,48—0,18) = 0,4.
Расчетные сопротивления по боковойртоверхности сваи: для су-
глинка при Zi=2,5 м Д=13 кПа; для глины при z2=4,4 м /а=27 кПа;
при 23=6,4 м /З=31 кПа; при z4=8,2 м Д=33 кПа; для песка мел-
кого при z5 = 10,0 м /6 =463<ПаГпри z6=ll,3 м /в=47 кПа.
Расчетное сопротивление свай
Р = ]£[(1.2700-0,09+ 1,2(13-1,8 + 27.2 + 3’72 +
’ + 33 • 1,5 + 46 • 2 + 47.0,7)] = 441_кН.
4. Определяем несущую способность сваи по материалу по формуле
(9.3): при /?пр=8000 кПа Ас=0,3-0,3=0,09 м2, при 7?а=270 000 кП«
4а=4,52 см2.} г С. ~~ J f
Р„ = 1 (4,52^10~ 4-27-104 + 0,б9~8.108) = 842 > 441 кН.
5. Приближенно определяем вес ростверка и грунта на ступенях по
формулам (9.20). . .(9.22). Среднее фиктивное давление под ростверко»'
при расстоянии между сваями 3d
Рр = 441/(3 0,3)2 = 544 кПа.
Ориентировочная площадь подошвы ростверка
= 2300/(544=20-1,6) = 449 м2. , " <
Вес ростверка и грунта на ступенях при ут=1,1
Мр г = 1,1-4,49.1,6-20= 158 кН.
. Определяем количество свай. С учетом момента увеличиваем это
количество на 20%:
пс = 1,2(2300+158)/441 =5,6 свай.
Принимаем пс=6.
7. Конструируем ростверк. Сваи размещаем на расстоянии в осях
34=3-0,3=0,9 м. Минимальная высота ростверка по условиям заделки
колонны и толщины дна стакана
Я = 0,6 + 0,4=1,0 м.
174
Примем обрез на отметке 0,15, подколенник 1,2х 1,1 м (рис. 9.15),
заделку свай — на 5 см. С учетом возможного отклонения свай при
забивке принимаем свес ростверка 15 см.
%
8. Проверяем фактическую нагрузку на сваи.
Объем бетона ростверка
Vp = 0,8-2,4-1,5+1,2-1,1-0,8 = 4,0 м3.
Объем грунта на ступенях < -д
Vrp = 2,4-1,5 -1,6—4,0= 1,76 м3.
Вес ростверка и грунта при ут=1,1
Nv, г 1 = 1,1 (4,0 • g4 + 1,76 • 19,2) = 109 кН.у
Момент на уровне подошвы ростверка
Af( =37 + 21,6-1,6 = 71 кН-м.
Нагрузка на сваю в крайнем ряду по формуле (9.28)
Рф = (2300+ 109)/6 + 71 • 0,9/(0,93-2-2) = 421 <441 кН.
Недогрузка 4,5%’ допустима.
Проверим нагрузку на крайние сваи по второй комбинации нагрузок
(см. табл. 9.10). A4j =71+ 16-1,6—96,6 кН-м.
Рф = (2052< 109),(6 + 96,6-0,9/(9,9*. 2-2) = 383,8< 441 кН.
9. Проверяем давление на грунт по второй группе предельных со-
стояний в плоскости нижних концов свай, т. е по подошве условного
фундамента (рис. 9.16).
175
Средний угол внутреннего трения пс^с^рмуле (9.27)
12-1 ^8+8-5,5+26-2',7 . о со
<Рср=—гйшЬ^ = 13’6 =
а = 13,6/4 = 3,4°.
Размеры подошвы условного фундамента и ее площадь:
/у = 2,1 + 2-10 tg 3,4° = 3,3 м; &у = 1 ,‘2 + 2-10 tg 3,4° = 2,4 м;
Лу = 3,3-2.4 = 7,9 м2.
Вес условного фундамента ABCD
Nyn = 7,9 (3,4• 19,2 + 5,5-19,4 + 2,7-19,5) = 1778 кН.
Средний удельный вес грунта условного фундамента
ТсР = -Vyll/(Лydy) = 1’778/(7,9 • 11,6) = 19,4 кН/м3.
Определяем расчетное сопротивление грунта на уровне D — С.
Для заданных условий dy=ll,6 м, Ьу=2,4 м, ус1=1,3, уС2=1,0, k=\,
€п = 1 кПа, а при <pn=26° по табл. 4.2 Л1?=0,84, Л4?=4,37, /Ис=6,90,
тогда по формуле (9.26)
R [(0,84-1-2,4-19,54-4,37-11,6-19,4+6,90-1)]= 1334 кПа.
Среднее фактическое давление по подошве условного фундамента
р[1=(ДГоП+/Уу)Л4у=(1916+1778)/7,9=467<1334 кПа.
10. Определяем осадку свайного фундамента методом суммирования.
Дополнительное давление по подошве условного фундамента по форму-
ле (6.13) =467—19,4-11,6-239 кПа.
Толщина слоев /i<=0,4&y=0,4-2,4=0,96«l м. Соотношение сто-
рон подошвы /<п=/у/ду=3,3/2,4=1,37«1,4.
Расчет осадки выполняем в соответствии с формулой (6.5) и сводим
в табл. 9.11.
Таблица 9.11. К комплексному примеру
1
Грунт Номер точки Z, м кПа 2z т~--у V а °zp< кПа °zpit кПа
Песок мел- 1 0 153,3 0,0 1,0 /23<Йг * <> 235"
кий 2 1 172,8 0,4 0,97 *>21&
3 4 2 3 192,3 211,8 0,8 1,2 0,84' 0,68 ' 201г-, • 162 181 144 1 112
£ = 27 000 5 4 231,3 1,6 0,53 ’127
кН/м2 6 5 250,8 2,0 0,41 98
•7 ^6 270,3 2,4 0,32 75 ои 68
8 7 289,8 2,8 0,26 62
9 8 309,3 3,2 0,21 50
176 4 7 ✓ 0 , .Q 4
На глубине z—8 м 0,2azg=0,2-309,3=61,8 кПа. Дополнительное ’
напряжение сггр=50<;61,8 кПа. Осадка по формуле (6.14)
s=l2^5o(235 + 216+181 + 144+112 + 86 + 68 + 56) =
= 227W?==0’0325 м = 3’2 см'
По табл. 6.2 предельная осадка фундаментов железобетонных рам
с заполнением Uu=8>3,2 см.
11. Рассчитываем конструкцию ростверка (по прочности). Пример
такого расчета выполнен в 9.8 и поэтому здесь не приводится.
12. Определяем проектный отказ для заданных условий погружения
сваи (см. 9.3.5). Вес сваи с наголовником /п2=22,9+1=23,9 кН. Молот
подвесной с весом ударной части не менее G=l,25 та= 1,25-23,9=
=29,8 кН «30 кН. Погружение без подбабка. Высота падения молота
Н=2 м. По табл. 9.4 1500 кН/м2, Л =0,09 м2, М=1; е2=0,2; Р=
=441 кН; Fd=Gtf=30-2=60 кН-м; уг=1,4.
По формуле (9.10)
О____________1500-0,09-60__________ 30 + 0,2-23,9, АП1| .
—(1,4-441/1) (1,4-441/1+ 1500-0,09) 30 + 23,9 -1 <-м-
9.10. РАСЧЕТ ГОРИЗОНТАЛЬНОГО НАГРУЖЕННОГО
СВАЙНОГО ФУНДАМЕНТА
Вертикальной нагрузке свайный фундамент подвергается всегда*
Но кроме нее фундамент может подвергаться и горизонтальной нагруз-
ке, которая является результатом статической работы надземных кон-
струкций. Сопротивление этой нагрузке всего фундамента слагается
из сопротивлений свай, входящих в фундамент. Таким образом, каж-
дая свая подвергается одновременному действию вертикальной и го-
ризонтальной (поперечной) нагрузок. Расчет горизонтально нагружен-
ных свайных фундаментов состоит из двух этапов: первого — на вер-
тикальную нагрузку, как это изложено выше, и второго — проверки
сваи на совместное действие вертикальной и горизонтальной нагрузок.
Расчет свай на совместное действие вертикальных и горизонталь-
ных нагрузок включает:
а) расчет свай по деформациям, который сводится к проверке ус-
ловий допустимости расчетных значений горизонтального перемещения
головы свай и угла их поворота:
Up<Utt; ф<фа, (9.40)
гДе Up и ф — расчетные значения соответственно горизонтального пе-
ремещения головы сваи, м, и угла ее поворота, рад; Uu и — предель-
но допускаемые значения соответственно горизонтального перемеще-
ния головы сваи, м, и угла ее поворота, рад, устанавливаемые в зада-
нии на проектирование здания или сооружения;
б) расчет устойчивости грунта основания, окружающего сваю
(только для свай d>0,6 м);
7 Зак. 562 1 77
в) проверку сечений свай по сопротивлению материала по предель-
ным состояниям первой и второй группы.
В статическом отношении горизонтально нагруженная свая рас-
сматривается как балка на упругом основании, имеющая заданное по-
перечное сечение и заданные нагрузки на одном конце. На основе ре-
шений строительной механики выведены формулы для определения)
горизонтального перемещения сваи в уровне подошвы ростверка и
угла ее поворота, а также для определения изгибающих моментов и
поперечных сил в любом сечении по ее длине. Полученные значения
сравнивают с предельными (по заданию). Кроме того, проверяют се*
чение сваи.
Следует обратить внимание на особенность и последовательность
расчета: горизонтальная нагрузка на сваю должна быть известна, зада-
на, и лишь позже проверяется ее допустимость. (Исключением является
случай, когда сопротивление сваи горизонтальной нагрузке известно
по результатам ее испытания в полевых условиях.) При вертикальном
расположении свай горизонтальная нагрузка является нормальной к
осям свай (поперечной) и определяется для сваи как частное от деления
общей нагрузки на количествой свай, т. е. все сваи несут одинаковую
горизонтальную нагрузку. Если сваи наклонены в одну сторону, то
поперечная нагрузка на сваю определяется разложением действующих
на сваю сил (см. ниже). При расположении свай с разным наклоном
наиболее точным будет расчет всего свайного фундамента как рамной
системы; другие способы — приближенные. Наконец, отметим, что рас-
чет ведется методом последовательного приближения, т. е. при неудов-
летворительных результатах вводятся изменения в количество и рас-
положение свай и расчеты повторяются. Целесообразно расчеты выпол-
нять на ЭВМ.
Изложить метод расчета свай на совместное действие вертикальной
и горизонтальной нагрузок в учебном пособии не представляется воз-
можным ввиду его относительной громоздкости. Подробные сведения
и числовые примеры можно получить из СНиПа и «Руководства» [35].
Расчет свайного фундамента на горизонтальную нагрузку сводится
к определению осевых и поперечных нагрузок на каждую сваю и срав-
нению этих нагрузок с допустимыми. Сначала по вертикальной нагруз-
ке определяют количество свай, затем намечают их расположение,
наклон, выполняют расчет (см. ниже), изменяют расположение и наклон
свай и так до наиболее полного использования сопротивления свай.
Расположение свай изображено на рис. 9.17 и 9.18. При небольших
горизонтальных нагрузках сваи могут располагаться вертикально и
работать за счет их защемления в грунте. Если горизонтальная нагруз-
ка постоянна по знаку и значению, сваи могут располагаться с накло-
ном в одну сторону. При значительных горизонтальных нагрузках сваи
располагают группами с разным наклоном или устраивают козловые
сваи — наиболее жесткая система.
Вертикальную составляющую на каждую сваю вычисляют по фор-
муле (9.28), горизонтальную считают распределенной по сваям или
козлам равномерно, т. е. общую горизонтальную нагрузку делят на
количество свай или узлов козел. Равнодействующую этих двух сил
178
раскладывают на усилия по направлению оси сваи и перпендикулярно
ей. Полученные значения для любой сваи не должны превышать рас-
Hd
№1
при расчете
№2
свай-
Рис. 9.17. Схемы усилий
ных фундаментов на горизонтальные на-
грузки:
а — вертикальные сваи; б — наклонные сваи; в —
козловые сваи
четных нагрузок по грунту или материалу.
Перейдем к основным случаям расчета фундаментов. Обозначим:
ЛГр Я,, М[ — соответственно расчетные значения вертикальной и го-
ризонтальной нагрузок, дей-
ствующих в уровне подошвы
ростверка, кН, кН-м; Р, —
равнодействующая сил и
Я,, кН; е — эксцентриси-
тет силы Я, относительно цен-
тра тяжести подошвы рост-
верка, м; Pci, Нс{, Rcl —
соответственно вертикальная
и горизонтальная нагрузки,
действующие на голову t-й
сваи, и равнодействующая
этих нагрузок, кН; Ро!, Нп1 —
соответственно осевая (про-
дольная) и нормальная к оси
(поперечная) силы в i-й свае,
кН; а, р — углы наклона ра-
Pci
%
внодействующей и сваи по отношению к вертикали.
а) Сваи забить! вертикально (рис. 9.17, а). Осевые усилия опреде-
ляют по формуле (9.28).
. Горизонтальная составляющая нагрузки
Н{ = Я/sin'a — Wj’tg’a.
(9-41)
Горизонтальная^поперечная нагрузка на каждую сваю составляет
Яп! = (ЛМё>)/»с. (9.42)
где пс — число свай в фундаменте.
б) Сваи забиты наклонно (рис. 9.17, б). Вертикальные усилия на
сваи Рс/ определяют по формуле (9.28), осевые (продольные) нагрузки
да сваи — по формуле
Р0| = [Рс/ cos (a—P)]/cos’a, (9.43)
а горизонтальные составляющие —[по формуле
на = Ра^\а- (9-44)
Нагрузка, нормальная к оси сваи (поперечная),
^n/ = [/’o{Sin(a—P)]/cosa. (9.45)
При a=p Pol=Pci и Яп;=0.
Далее в случаях а и б выполняют расчет свай на совместное дейст-
вие вертикальных и горизонтальных нагрузок (по СНиПу).
7* Зак. 562 17Q
В случае б при наклоне свай в разные стороны проверка всего свай-
ного фундамента на горизонтальную нагрузку приближенно может
быть выполнена по формуле
Я)
ПСРТ -f- 2 Нci
(9.46)
где Рг — расчетное сопротивление сваи поперечной нагрузке, кН;
ус=0,9 — коэффициент условий работы.
Более точный расчет — при рассмотрении всего свайного фунда-
мента как рамной системы.
в) Сваи козловые (рис. 9.17, в). Чаще всего сваи забивают не по
парам, например 5 свай вертикальных и 3 наклонных и т. п. Верти-
кальные нагрузки на уз-
лы козел Pci определяют
по формуле (9.28). Осевые
(продольные) усилия в каж-
дом направлении составят:
для направления 1
р Pc/sinP+tfefcosp
01 sin(a-|-f) '
(9-47)
для направления 2
р _ЯС/cos a—Pci sin а
^02— sin (а 4- Р)
(9.48)
Усилие в одной наклонной
свае
Л = (9.49)
Рис. 9.18. Расчетная схема к примеру 9.11 (раз-
меры в м) где Poi — усилие в нап-
равлении 1 или 2, вычис-
ленное по формулам (9.47) и (9.48), кН; — количество свай в дан-
ном направлении.
Поперечные нагрузки на сваи отсутствуют.
Пример 9.10. Рассчитать свайный фундамент для условий, изобра-
женных на рис. 9.18. Фундамент испытывает две комбинации нагрузок.
Грунт — пластичный суглинок. Сваи железобетонные сечением 30x 30
см, длиной 8 м с расчетными нагрузками вертикальной Рв=270 кН
и горизонтальной Рг=25 кН (по данным статических испытаний).1)
Намечаем план свайного фундамента из двух рядов по пяти свай
в каждом. Наклон свай принимаем 1 : 3 и 1 : 10. Определяем центр
тяжести площади поперечных сечений свай через статический мо-
мент относительно левой части фундамента
£ = (0,4-2+1,3-2 + 2,2-2 + 3,5-2 + 4,4-2)/10 = 2,36 м.
180
Момент инерции свайного фундамента
2 V? = 2 (1,96s + 1,06s + 0,162 + 1,14s + 2,04s) = 20,93 м3.
1
При первой комбинации нагрузок найдем составляющие Р(:
= Я,cos 16° = 2400-0,961 =2310 кН;
Я, = Pj sin 16° = 2400-0,275 = 660 кН.
Определяем вертикальные нагрузки на сваи Pci по формуле (9.28)
Рс1 = 2310/10 + (2310-0,11) 1,96/20,93 = 254,8 кН.
Аналогично найдем Рс2=249,9 кН, Рсз=233 кН, Рс4=217,1 кН, Р€3=
= 206,2 кН.
Осевые (продольные) усилия Ро( в сваях определяем по формуле
(9.43).
Общий множитель для рядов свай 1, 2, 3
cos (а — 0) _cos(16°—18,5°) _ 0,999 ,
cosa — cos 16° — 0,961— ‘
Тогда РО1=254;8-1,04=265<270 кН; РО2=243,9-1,04=254 кН; Рсз=
=233-1,04=242 кН.
Для рядов свай 4 и 5 определяем постоянный множитель, принимая
в формуле (9.43) угол наклона +0, так как наклоны свай и наклон
равнодействующей — в разные стороны.
cos(a+0) _ cos (16°4-5,7°) _0.929_nq_
cosa — cos 16° ~0,961 —и,У/’
PO4=217-0,97=210 кН; PO5=206,2-0,97=200 кН..
Проверяем сваи на горизонтальную нагрузку по формуле (9.46).
Ранее найдено =660 кН.
Для рядов свай 1, 2, 3
ГЗ 3
2 Hzi = 2 Рп{ tg 0 = 2 (265 + 254 + 242) tg 18,5° = 508 кН.
1 1
Для рядов свай 4, 5
5
£/7^2(210 + 200) tg 5,7° = 82 кН;
4
5
2 Нс1 = 508 + 82 = 590 кН « 600 кН.
J
По формуле (9.46)
/ 5 \
+ 2 ] = 660/(10.25 + 590) = 0,79 < 0,9.
Таким образом, при расчетной нагрузке Р—270 кН сваи первого
ряда недогружены на 2%, пятого ряда — на 26%. Горизонтальная
составляющая воспринимается удовлетворительно.
181
Аналогичным путем нужно рассчитать фундамент на вторую ком-
бинацию нагрузок. В зависимости от результатов второго расчета
можно изменить наклон или даже размеры и количество свай и повто-
рить расчет, добиваясь более равномерного и полного использдвания
расчетной нагрузки на сваю при обеих комбинациях нагрузок.
Глава 10
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ИСКУССТВЕННО УЛУЧШЕННЫХ ОСНОВАНИЙ
10.1 виды искусственно улучшенных;оснований
Искусственно улучшенные основания устраивают в тех случаях,
когда естественные основания оказываются недостаточно прочными
или сильно сжимаемыми и их использование, как и применение свай-
ных фундаментов, является технически и экономически нецелесообраз-
ным. При этом используются как конструктивные методы улучшения
работы грунтов основания, к которым относятся: устройство грунто-
вых подушек, применение шпунтового ограждения, создание боковых
пригрузок, армирование грунта и другие, так и методы улучшения
свойств грунтов посредством их уплотнения и закрепления. При уст-
ройстве искусственно улучшенных оснований грунт в пределах части
или всей активной зоны чаще всего заменяется, уплотняется или за-
крепляется. Вид основания, как и метод его устройства, выбирают в
результате технико-экономического сравнения вариантов. В табл. 10.1
перечислены наиболее распространенные искусственно улучшенные
основания.
10.2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И УСТРОЙСТВО ГРУНТОВЫХ ПОДУШЕК
При передаче нагрузки от фундамента на грунт основания наиболь-
шие нормальные напряжения в нем возникают непосредственно под
подошвой фундамента. С глубиной и в стороны от площади загружения
напряжения быстро уменьшаются вследствие их’ рассеивания в окру-
жающем грунте. Наибольшие касательные напряжения, приводящие
к образованию зон пластических деформаций (зон сдвигов), возникают
под краями фундаментов. Эти зоны распространяются на некоторую
глубину и частично в стороны. Если в пределах области распростране-
ния значительных нормальных и касательных напряжений заменить
слабый грунт на более прочный и малосжимаемый с относительно высо-
ким сопротивлением сдвигу, то работа груйтов основания существенно
улучшится. Примером такого решения является устройство под фун-
даментами подушек из песка, гравия, щебня, связного грунта и дру-
гих материалов (шлака, отходов различных производств и т. п.).
К материалу подушек предъявляют следующие требования: удобо-
укладываемость с заданной плотностью, малая сжимаемость, относи-
132
ТаблиЧа Искусственно улучшенные основания и способы их устройства
-Методы устрой- ства оснований Вид основания или способ его устройства Грунтовые условия, при которых может применяться данный способ
I. Конструк- 1. Песчаные подушки- (заме- Слабые сильносжимаемые
тивные на) грунта грунты (илы, связные грунты в текучем состоянии, торфы, за- то рфованные и насыпные грун- ты)
2. Грунтовые подушки из ме- Слабые (перечисленные выше)
стного связного грунта и просадочные грунты
3. Каменные, песчано-гравий- Илы и другие слабые грун-
ные и другие отсыпки ты, залегающие под слоем воды
II. Механиче- 1. Поверхностное уплотнение
ское уплотнение грунтов: Макропористые просадочные, рыхлые песчаные, свежеуложен- ные связные и насыпные грунты
тяжелыми трамбовками
при степени влажности Sr<0,7
катками, легкими трамбов- ками и другими механиз- мами и транспортными средствами То же, при послойной укладке
вибраторами площадочными Рыхлые песчаные грунты при послойной укладке
вытрамбовыванием котлова- Макропористые просадочные
нов под отдельные фунда- грунты (I тип просадочности
менты 2. Глубинное уплотнение грунта) при Sr <0,7
грунтов: Макропористые просадочные
Грунтовыми сваями из мест-
ного связного грунта грунты
песчаными сваями Рыхлые пылеватые и мелкие пески, слабые сильносжимаемые заторфованные грунты
виброуплотнением или гид- Рыхлые песчаные грунты
ровиброуплотнением
взрывами То же
предварительным замачи- Макропористые просадочные
ванием грунты
предварительным замачива- нием и глубинными взры- вами 3. Предварительное обжатие То же
грунтов: Слабые сильносжимаемые во-
понижением уровня подзем-
ных вод донасыщенные грунты (при сня- тии взвешивающего действия
посредством внешней при- воды)
..грузки и устройства верти- Слабые сильносжимаемые пы-
III. Закреп- кальных дрен левато-глинистые и заторфован- ные грунты
1. Силикатизация Пески и макропористые про-
ление садочные грунты
2. Закрепление синтетически- То же
ми смолами
183
П родолжение табл. 10.1
Методы устрой- ства оснований Вид основания или способ его устройства Грунтовые условия, при которых может применяться данный способ
3. Цементация 4. Закрепление известью 5. Электрохимическое закреп- ление 6. Электроосмос 7. Термическое закрепление (обжиг) Трещиноватая скала, гравий и песчаные грунты Слабые сильносжимаемые во- донасыщенные пылевато-глини- стые и заторфованные грунты Слабые пылевато-глинистые грунты (при коэффициенте фильт- рации £ф <0,01 м/сут) То же Макропористые просадочные грунты
тельно высокое сопротивление сдвигу, устойчивость структуры грунта
при его увлажнении и движении подземных вод.
Песчаные подушки являются простейшим видом искусственно улуч-
шенных оснований. При их устройстве слабый грунт заменяют круп-
ным или средней крупности песком, укладываемым с заданной плот-
ностью сложения. Песчаные подушки используют для передачи давле-
ния через подошву фундамента на более прочный грунт по сравнению с
несущим слоем естественного основания. Применение подушек способ-
ствует уменьшению и выравниванию осадок сооружения и более быст-
рому их затуханию, а также объема и глубины заложения фунда-
ментов.
При устройстве подушек песок отсыпают в котлован и уплотняют
или послойно, или сразу в пределах всей ее высоты, в зависимости от
вида уплотняющего механизма. Уплотнение производят механическими
трамбовками, виброспособом, катками, транспортными средствами и
другими механизмами. Плотность сложения песка должна соответство-
вать плотности (скелета) сухого грунта не менее 1,65 т/м<
Если подушку устраивают в сухом котловане, а песок имеет малую
влажность, то при послойной укладке его доувлажняют до оптималь-
ной влажности (шопт). При одновременном уплотнении песка в пределах
всей толщины подушки для достижения его проектной плотности сло-
жения применяют глубинное виброгидроуплотнение.
Песчаную подушку не рекомендуется применять при возможной
суффозии (вымывание) песка из тела подушки, а также при заложении
фундамента выше расчетной глубины промерзания в случае высокого
уровня подземных вод и возможности заиления подушки. В последнем
случае возможно пучение грунта в теле подушки при его промерзании.
Расчет песчаных подушек сводится к определению их размеров и
осадок возводимых на них фундаментов.
Подушку в известной мере можно рассматривать как верхний слой
основания, подстилаемый грунтами природного сложения. Однако
грунты основания в этОхМ случае находятся в менее устойчивом состоя-
184
НИИ, чем при слоистом напластовании. Это объясняется тем, что по
периметру подушки находится слабый грунт, который обладает мень-
шими прочностными свойствами и большей деформативностью по срав-
нению с материалом песчаной подушки. Поэтому для гарантии обеспе-
чения устойчивости основания расчетное сопротивление грунта
подушки рекомендуется принимать по табл. 4.3 для песка средней плот-
ности и соответствующей крупности. Высота песчаной подушки выби-
рается таким образом, чтобы давление, передаваемое на подстилающий
слой, не превышало расчетного сопротивления Rz этого грунта [см.
формулу (5.18)], т. е. должно удовлетворяться условие (5.19). Если
это условие не удовлетворяется, то увеличивается высота подушки, а
Рис. 10.1. Фундамент '
на песчаной подушке,
частично заменяющей
слабый грунт
Рис. 10.2. Схемы к расчету песчаной по-
душки по методу Б. И. Далматова
иногда и площадь подошвы фундамента. Для обеспечения устойчивости
основания песчаная подушка должна иметь также достаточную ширину.
При малой ее ширине слабый грунт, находящийся по ее периметру,
будет заметно уплотняться, кроме того, в нем могут возникнуть плас-
тические деформации, в результате чего подушка будет выдавливаться
в стороны.
Опыт строительства показывает, что устойчивость подушки заведо-
мо обеспечивается при распределении давления в ней под углом а,
равным 30. . .45° (рис. 10.1). При этом чем’больше различие в деформа-
ционных и прочностных свойствах слабого грунта и песка, используе-
мого для подушки, тем угол а принимается больше.
Ширина подушки понизу в данном случае
Bn = /?H-2Antg а, (10.1)
где b — ширина фундамента; Лп— высота подушки; а—угол рас-
пределения давления в подушке (рис. 10.1).
Для экономии материала песчаной подушки котлован отрывают с
предельно крутыми откосами или ограждают креплением. Однако при
значительной высоте подушки объем ее получается чрезмерно большим.
Меньшая ширина подушки Вп, а следовательно, более экономичное
решение может быть получено при проектировании песчаной подушки
по методу Б. И. Далматова, который предложил определять ее разме-
ры, исходя из условия устойчивости песчаной призмы ACD — случай 1
(рис. 10.2, а) или ACED — случай 2 (рис. 10.2, б).
185
При расчете учитывается трение песка по поверхности скольжения
AD, зависящее от угла внутреннего трения песка <рп и активного дав-
ления слабого грунта на вертикальную грань песчаной подушки, при-
нимаемому равным гидростатическому давлению от собственного веса
грунта. В случае б учитывают, кроме того, трение песчаной подушки
о подстилающий грунт на участке a (DE). Обычно ограничиваются
расчетом по случаю 1. Тогда, задавшись размерами песчаной подушки
и несколькими положениями вероятной поверхности скольжения AD
(разными углами Р), последовательным приближением находят наи-
меньшее давление по подошве фундамента, соответствующее условиям
предельного^ равновесия:
гг - - VjAtgB Гу tg P+2d 2dc' Vn 1 (10 2}
Ьмеф-Фп) J/Stg₽ ’ (102)
где_у и уп —'удельный вес соответственно заменяемого грунта и мате-
риала подушки; % — расчетное значение угла внутреннего трения
песка; у=Ь-\-с'; остальные обозначения даны на рис. 10.2.
Формула (10.2) применима при любом характере распределения
давления по подошве фундамента. Среднее давление по подошве фунда-
мента pcp=lVIMdl должно удовлетвопять условию
(10.3)
где — расчетная нагрузка по первой группе предельных состояний
(по несущей способности) на отметке подошвы фундамента; — пло-
щадь подошвы фундамента; yg — коэффициент надежности по грунту
подушки, обычно принимаемый равным 1,1. . .1,3.
Если условие (10.3) не соблюдается, производят повторный расчет
при большей ширине подушки.
После установления размеров подушки производят расчет основа-
ния по деформациям (см. главы 4. . .6). Если осадки превышают пре-
дельные значения, указанные в табл. 6.2, то высоту подушки увеличи-
вают и расчет повторяют или переходят на другой вид основания.
При отсутствии подземных вод для устройства подушек можно ис-
пользовать местные связные грунты. Проектирование подушек при
этом ведется аналогично изложенному выше. Укладку в подушку связ-
ного грунта ведут при его оптимальной влажности с весьма тщатель-
ным контролем за однородностью и плотностью сложения грунта.
Пример 10.1. Определить размер песчаной подушки под фундамен-
том колонны, по обрезу которого действует сила Afon=1800 кН.
На площадке строительства от поверхности до глубины 10 м зале-
гает слабая мягкопластичная глина, имеющая удельный вес грунта
уп=19,1 кН/м?, угол внутреннего трения фн=15°, удельное сцепление
сп=17 кПа, показатель текучести /L=0,65.
Для подушки возьмем песок средней крупности и средней плотности
сложения. Расчетное сопротивление песка подушки в соответствии с
табл. 4.3 7?о=400 кПа. Принимаем глубину заложения фундамента,
исходя из конструктивных особенностей сооружения и внешней на-
грузки d=l м, а средний удельный вес материала фундамента и грунта
на его уступах уИср=22£кН/м?.
186
\ Тогда площадь подошвы фундамента по формуле (5.1)
j\ Лф= 1800/(400—22-1) = 4,76 м2.
- По условиям опирания колонны и работы фундамента соотношение
между его длиной и шириной принимаем /<П=//Ь=1,2. Тогда /=2,4 м.
> &=2,0 м.
Среднее давление по подошве составляет
{Рп = #оцМф + = 1800/4,8 + 22 • 1 = 397;кПа.
Природное напряжение на отметке подошвы фундамента
o.0^ = yHd= 19,1 • 1J»-19 кПа.
Дополнительное давление по подошве фундамента по формуле
(6.13)
Ро = Ри — <Jzog=397—19 = 378;кПа.
Зададимся высотой песчаной подушки Лп=1,6 м,
Уплотняющее напряжение огр на кровле слабого подстилающего
грунта найдем по формуле’ (6.11) при Kn=l,2, tn=2z/b=2h.n/b=
=2-1,6/2= 1,6.
Тогда при а=0,496 (см. табл. 6.4)
огр = а’(р„—агог) = 0,496 • 378 = 185 кПа.
По формуле (5.17) определяем ширину условного фундамента
\ = |^Д2 + а2—а,
где площадь условного фундамента применительно к формуле (5.15)
= (^011 + ЛфУсрф/а^ = (1800+ 4,8-22-1)/185 = 10,3 м2.]
Здесь ЛфуСрС1 — ориентировочное значение веса фундамента и грунта
на его уступах. Так как а=(/—Ь)/2=(2,4—2)/2=0,2, то по формуле
(5.17) 5у= /10,3+0,22—0,2=3 м.
Найдем расчетное сопротивление слабого подстилающего грунта
подформуле (5.18):
Rz = Ц^1(0,325.1 «3.19,1 + 2,3.2,6-19,1 + 4,85-17) = 237 'кПа.
Природное давление на кровле подстилающего слоя по формуле
(5.14)
сг? = 2 dfYn/ = 2,6-19,1 =49,7 кПа.
, = 1
Условие (5.19) удовлетворяется, поскольку
185 + 49,7 = 234,7 <237 кПа.
При конструировании песчаной подушки угол а принимаем равным
40°. Тогда’ширина подушки в соответствий с формулой (10.1)
Вп = 6 + 2йпtg'a = 2,0 + 2-1,6-0,84 = 4,7 м.
487
Пример 10.2. Определение размеров песчаной подушки из условий
ее устойчивости (по методу Б. И. Далматова). Определим размеры пес-
чаной подушки при следующих исходных данных. От поверхности иа
глубину 4,5 м залегает заторфованная супесь с удельным весом грунта
у =15 кН/м?, ниже — средней крупности песок средней плотности
сложения. Расчетная нагрузка в наиболее невыгодном сочетании, дей-
ствующая по подошве фундамента под стену, Л/] = 175 кН/м.
Подушку сделаем из песка с расчетными характеристиками у1п =
=20 кН/м3, <р1п= 33°. Выберем глубину заложения, фундамента d=2 м
и его ширину b= 1 м. Площадь фундамента и высота песчаной подушки
/гп = 1,8 м определены из условия проверки прочности слабого подсти-
лающего слоя, как и в примере 10.1. Примем уширение подушки в
каждую сторону от фундамента с'=0,5 м, затем задаемся последователь-
но значениями'угла 0=45, 50, 55 и 60э (рис. 10.2, а) и по формуле (10.2)
находим напряжения по подошве фундамента, равные соответственно
254, 212, 197 и 241 кПа, минимальным значением из которых является
428 Г 1,5-1,428 + 2.2 _2-2.0,5 201 _
рп 2-1 L 1,5-0,404 1,52-1,428 15J 1У/ К11а’
которое соответствует предельному состоянию устойчивости подушки.
Для обеспечения устойчивости песчаной подушки необходимо удовлет-
ворить условию (10.3) рср^рп/1,1,
рср = ^Мф = 175/1 = 175 кПа,
где Лф — площадь фундамента.
Тогда 175< 197/1,1 = 179 кПа, т. е. условие (10.3) выполнено.
10.3. ПОВЕРХНОСТНОЕ УПЛОТНЕНИЕ ГРУНТОВ
Поверхностное уплотнение грунтов применяется для: устройства
грунтовых и песчаных подушек; устранения просадочных свойств
макропористых грунтов; улучшения прочностных свойств и уменьше-
ния сжимаемости грунтов, в том числе и насыпных.
Уплотнение грунтов ведется при их оптимальной влажности (шопт).
Для доведения грунта до оптимальной влажности добавляется следую-
щее количество воды, т/м3 уплотняемого грунта: .
<7 = (®опт—(10.4)
где шопт — оптимальная влажность в долях единицы; w — естествен-
ная влажность перед увлажнением; pd — плотность скелета (сухого)
грунта, т/м3.
Оптимальную влажность в проекте принимают на основе стандарт-
ного уплотнения грунта. Для песков и’0пт=7. . .11; супесей — 9. . .14;
суглинков — 13. . .19; глин — 18. . .24. В тех случаях, когда естест-
венная влажность превышает оптимальную (&д>ш0П1), грунт перед
уплотнением подсушивают так, чтобы &y=ayont.
10.3.1. Уплотнение грунтов тяжелыми трамбовками. Этот способ
применяют для уплотнения песчаных, пылевато-глинистых, макропо-
ристых просадочных и насыпных грунтов, имеющих степень влажности
188
^коэффициент водонасыщенности) Sr^0,6. . .0,7, а крупнообломоч-
йых — при любой влажности. Для уплотнения грунтов используют
металлические или железобетонные трамбовки массой от 2 до 10 т и
более, подъем и сбрасывание которых производят краном или другим
механизмом с высоты 4. . .8 м и более (рис. 10.3).
Трамбованием создается уплотненный слой толщиной от 1,5 до
6 м и более (табл. 10.2) в зависимости от веса трамбовки, площади ее
рабочей поверхности, высоты сбрасывания, числа ударов, вида грунта,
его начальной и конечной плотности.
Вес трамбовки в зависимости от ее диаметра принимается таким,
чтобы удельное статическое давление трамбовки на грунт составляло
не менее 20 кПа. Мощность достаточ-
но уплотненного слоя грунта, м, оп-
ределяют по приближенной формуле
йуп = Ы0, (10.5)
где dQ — диаметр рабочей поверхно-
сти трамбовки, м; k — коэффициент,
принимаемый при уплотнении: пес-
ка — 1,55, супеси — 1,45, просадоч-
ных грунтов 1,2. . .1,3, насыпного пы-
левато-глинистого грунта — 1,2, гли-
ны природного сложения — 1.
Грунты уплотняются до плотно-
сти сложения, при которой они об-
ладают деформативностью не более
заданной в проекте и требуемой
прочностью. Трамбование ведут до
тех пор, пока поверхность при каж-
Рис. 10.3. Железобетонная трам-
бовка диаметром 1,4 м:
1 — петля для подъема; 2 — окаймля-
ющее стальное кольцо; 3 — арматурный
каркас из стержней 0 8 мм
дом последующем падении трамбовки не будет понижаться на одно и
то же значение, называемое «отказом». Размер отказа устанавливают
Таблица 10.2. Толщина уплотненного слоя грунта
Уплотняющие машины и снаряды Толщина уплотня- емого слоя, м
Пневматические трамбовки 0,1...0,2
Катки:
гладкие 0,1...0,25
кулачковые 0,2...0,35
Виброкатки 0,4...1,2
Катки с падающим грузом массой 0,8... 1,7 т 1,0...1,5
Виброплиты 0,2...0,6
Молот двойного действия массой 2,2 т на металлической 1,2...1,4
плите (поддоне)
Тяжелые трамбовки массой, т:
2...3 1,5...2,0
4,5...5 2,5...3,0
10 5,5...6,0
189
при опытном уплотнении грунта и ориентировочно принимают равным
при пылевато-глинистых грунтах — 1. . .1,5, для песчаных грунтов
0,5. . .1 см. Режим уплотнения устанавливается экспериментальна.
Отказа обычно достигают после 8. . .12, а иногда и большего числа
ударов по одному следу.
При уплотнении этим способом ориентировочнофначениеЪптималь-
ной влажности принимают
“’спг = “’р —Д^. (Ю.6)
где wv — влажность грунтами а границе пластичности (раскатывания);
Дш— изменение влажности, принимаемое в пределах 0,01. . .0,03.
При необходимости доувлажнения грунта вода подается в отрытый
котлован. Массу необходимой для этого воды Q, т, определяют по фор-
муле
3=р/(®опт—(10.7)
где Ак — площадь замачиваемого дна’котлована, м2.
К уплотнению грунта приступают через 12. . .24 ч после проникно-
вения всей воды в грунт. Контроль за состоянием грунтов и степенью
их уплотнения ведут посредством отбора проб из скважин и зондиро-
ванием.
Уплотнение трамбованием целесообразно вести, если понижение
поверхности при опытном трамбовании слоя превышает 7. . .8 см для
связных и 5 см для песчаных грунтов. Откопку котлована производят
с недобором до проектной отметки на размер ожидаемой осадки грунта
при его уплотнении и с учетом срезки 10. . .15 см разрыхленного трам-
бовкой верхнего слоя грунта.
Ориентировочное значение расчетного понижения поверхности при
уплотнении!
АЛ = [(е—еср)йуп]/(1-Ье>, (10.8)
где е ’—"коэффициент пористости грунта до его уплотнения; еср — срс^-
нее*значение коэффициента пористости уплотненного грунта
еср = (^п + ^пр)/2, (10.9)
где еуП — минимальное значение коэффициента пористости грунта у
поверхности уплотненного слоя; епр — коэффициент пористости на
нижней границе достаточно уплотненного£слоя грунта (на глубине
^уп).
Ориентировочно еуп и епр
«уп = (а'опЛ)/Р«; (10.10)
гпр = Р,/Р«—Ъ (10.11)
где^опт — оптимальная влажность'грунта; pe, pd, pw'—'соответствен-
но плотность твердых частиц грунта, скелета (сухого) грунта на ниж-
ней границе уплотненного слоя (табл. 10.3) и плотность воды.
Если грунт с поверхности дна котлована не удается уплотнить на
всю проектную глубину, то котлован отрывают ниже проектной от-
метки (например, при устройстве грунтовых подушек) и уплотнение
190
^Таблица 10,3. Минимальное значение плотности сухогд (скелета) грунта на нижней границе уплотненного слоя
\ Наименование грунтов \ - pd. т/м»
Пески 1,6
Супеси 1,65
Суглинки и глины (в зависимости от влажности на гра- 1,55,..1,75
нице раскатывания)
Лёссовые просадочные грунты 1,6
основания ведут сначала ниже дна котлована, а затем укладываемого
послойно грунта. Площадь верха уплотняемого основанияj
Лсс = (/ + 2с')’(& + 2с'),| (10.12)
где I и b — соответственно большая и меньшая стороны фундамента,
м; с' — уширение уплотняемого слоя в каждую сторону от фундамен-
та, м.
Принимая значение с', руководствуются теми же соображениями,
что и при определении размеров песчаной подушки в плане (см. выше).
Вместе с тем уплотняемый слой должен выходить за наружные грани
фундамента не менее чем на 0,3 м, а при возведении чувствительных к
неравномерным осадкам зданий и сооружений — не менее 0,8 м.
Если грунт после его уплотнения достиг проектной плотности (см.
табл. 10.3), то проектирование фундаментов на искусственно улучшен-
ном основании ведется так же, как и на естественном. Расчетное со-
противление уплотненного грунта и осадки фундаментов определяют
с учетом расчетных значений его характеристик фп, сп, уп, Ео, кото-
рые устанавливают по образцам грунта, отобранным после пробного
уплотнения.
10.3.2. Вытрамбовывание котлованов. Метод устройства столбча-
тых фундаментов в вытрамбованных котлованах обычно применяют
при строительстве относительно легких каркасных зданий на просадоч-
ных, насыпных и других, преимущественно связных грунтах при сте-
пени их влажности Sr<0,7 и нагрузках на фундаменты примерно до
3000 кН. Прямоугольные или круглые в плане котлованы вытрамбо-
вывают под отдельные фундаменты заданной глубины посредством
сбрасывания трамбовки массой от 1,5до 10 тс высоты 6. . .10м. Трам-
бовка чаще всего имеет форму усеченной пирамиды или более сложной
конфигурации с уклоном боковых поверхностей 1 : 10. Трамбовку
изготовляют из листовой стали толщиной 10. . .20 мм и заливают мо-
нолитным бетоном из расчета, чтобы статическое давление на грунт
составляло не менее 0,03 МПа.
Вытрамбовывание грунта производят с помощью экскаваторов
Э-10011, Э-1252 с комплектом навесного оборудования на стреле драг-
лайна, а также установкой на шасси КрАЗ-257 и др.
Последовательность работ по вытрамбовыванию котлована и уст-
ройству фундаментов следующая. Снимают почвенно-растительный
191
. слой и производят вытрамбовывание котлована. Формы и размеры трам-
бовки определяют заданными габаритами котлована. В готовый кот-
лован укладывают монолитный бетон с устройством стакана для колон-
ны. Это обеспечивает полное примыкание стенок и подошвы фундамен-
та к грунту, исключает засыпку пазух грунтом и включает в работу
не только уплотненный грунт под подошвой фундамента, но и приле-
гающий к его боковым стенкам. В ходе вытрамбовывания происходит
одновременно устройство котлована и уплотнение грунта. В основании
фундамента образуется уплотненная зона с плотностью грунта р7=
= 1,6. . .1,95 т/м3, что при макропористых грунтах приводит к устра-
нению просадки в зоне их уплотнения.
При насыпных и других относительно слабых и влажных грунтах
в котлован в процессе его вытрамбовывания подается щебень, в резуль-
тате чего в основании образуется уширение из вытрамбованного щебня,
что приводит к увеличению несущей способности основания от 1,5 до 3
раз в зависимости от объема втрамбованного щебня. Это позволяет
существенно уменьшить размеры фундаментов.
Устройство фундаментов в вытрамбованных котлованах приводит
к сокращению трудозатрат вЗ. . .5 раз; объема земляных работ— на
90. . .100%, расхода бетона и стали — на 15. . .50%, объема опалубоч-
ных работ — на 90. . .100%, а также исключает устройство обратных
засыпок. Общее снижение стоимости работ по устройству оснований и
фундаментов достигает 50...60%. Удельное сцепление после вытрамбо-
вывания котлована, а также уплотнения грунта обычно увеличивается
в 5. . .10 раз, модуль деформации — в 2. . .5 раз. Проектирование и
устройство фундаментов в вытрамбованных котлованах обычно вы-
полняется на основе натурных экспериментов.
10.3.3» Уплотнение грунтов катками. Этот способ применяют при
послойной укладке грунтов. Толщина уплотняемого слоя в зависимос-
ти от веса и типа катка равняется 0,1. . .0,35 м (см. табл. 10.2). Мини-
мальное значение плотности скелета грунта назначают по табл. 10.3.
Высоту уплотняемой подушки выбирают, исходя из условия (5.19),
а ее размеры в плане (Лос) определяют, как и в случае уплотнения
грунта тяжелыми трамбовками (см. выше).
Оптимальная влажность уплотняемого катками грунта принимает-
ся равной
а’опт = “’Р + даУ, (10.13)
где иур — влажность на границе раскатывания; — изменение влаж-
ности, принимаемое в пределах 0,01. . .0,03.
Количество воды на 1 м3 грунта, потребное для доувлажнения, оп-
ределяют по формуле (10.4). В ходе опытного уплотнения контролиру-
ют влажность и плотность скелета (сухого) грунта и уточняют число
проходок катка, необходимое для получения проектного значения
плотности.
10.3.4. Поверхностное уплотнение грунтов вибрированием. Этот
способ применяют при послойной укладке преимущественно несвязных
грунтов (например, при устройстве песчаных подушек, оснований
под полы, оборудование и т. п.). Виброуплотнение производят посредсТ-
192
boVi виброкатков, самоходных вибротрамбовок, виброплит. Масс
виброуплотнителей колеблется от 0,25 до 20 т. Число колебаний при"
нимается в пределах от 600 до 3000 в минуту. Толщина уплотняемого
слоя в зависимости от типа вибромашины изменяется в пределах от
0,2 до 1,5 м (см. табл. 10.2). При маломощных площадочных вибраторах
грунт уплотняется относительно слабо и на малую глубину порядка
10. . .20 см, поэтому применение таких вибраторов малоэффективно.
При виброуплотнении можно достигнуть плотности скелета (сухих)
песчаных грунтов 1,60. . .1,75 т/м3. Это соответствует средней плотно-
сти или плотному сложению песка.
Проектную плотность грунта принимают в зависимости от его ра-
боты в основании, но не меньше значений, указанных в табл. 10.3.
Контроль уплотнения ведут в ходе производства работ.
10.4. ГЛУБИННОЕ УПЛОТНЕНИЕ ГРУНТОВ
Глубинное уплотнение грунтов применяют, когда посредством по-
верхностного уплотнения невозможно достигнуть требуемого улучше-
ния основания. Уплотнение производят на всю глубину слабого слоя
или на всю глубину активной зоны, влияющей на осадку фундамента,
если эта зона меньше, чем мощность слабого слоя. Метод глубинного
уплотнения грунтов выбирают в зависимости от особенностей уплот-
няемого грунта. Этим способом чаще всего производят уплотнение рых-
лых песков, слабых водонасыщенных и просадочных грунтов в услови-
ях, указанных в табл. 10.1, для увеличения несущей способности грун-
тов основания, уменьшения деформативности грунтов основания, ус-
корения процессов консолидации грунтов в основаниях сооружений
и устранения просадочных свойств грунтов.
10.4.1. Проектирование песчаных свай. Этот способ используют
чаще всего для уплотнения рыхлых и слабых мелких и пылеватых пе-
сков, в том числе с прослойками и линзами супесей, суглинков, глин и
илов, когда расчетные осадки фундаментов превышают предельные
значения деформаций оснований.
При устройстве грунтовых свай в грунт с помощью вибропогружа-
теля внедряется инвентарная трубчатая свая диаметром 325. . .500 мм,
снабженная раскрывающимся наконечником. При погружении сваи
(с закрытым башмаком) грунт вокруг сваи уплотняется, затем внутрь
трубы засыпается крупный или средней крупности песок и при рабо-
тающем вибраторе свая постепенно извлекается из грунта. При этом
наконечник раскрывается и песок высыпается в образовавшуюся сква-
жину, в результате чего она полностью заполняется песком, т. е. обра-
зуется песчаная свая. Следует отметить, что песчаные сваи не являются
прочными несущими стержнями, как, например, бетонные сваи, а
служат лишь средством уплотнения и улучшения грунтов основания.
Иногда вместо песка используют песчано-гравийную смесь.
Сваи в плане размещают в шахматном порядке по такой' сетке,
чтобы цилиндрические зоны уплотненного грунта перекрывались,
образуя сплошной массив улучшенного грунта_(рис. 10.4). На нем
193
фундамент возводят как'на естественном основании. Порядок проекти-
рования при этом принимаетсяследующий.
1. По данным изысканий определяют коэффициент пористости грун-
та природного сложения е.
2. Производят пробное уплотнение грунта на строительной площад-
ке. Для этого определяют коэффициент пористости гуп, модуль дефор-
мации и расчетное сопротивление 7?уп, а при необходимости и дру-
г-7
Рис. 10.4. Расчетная схема к
примеру 10.3 (размеры в м)
гие характеристики.
При испытании уплотненного основа-
ния пробными нагрузками размеры штам-
па принимают не менее 4 м2.
При предварительных расчетах сред-
нее значение коэффициента пористости
грунта после его уплотнения еуп прини-
мают в пределах, указанных ниже, а
/?уп в 2. . .3 раза более расчетного со-
противления грунта природного сложе-
ния (до его уплотнения).
Наименование грунтов
пески мелкие
пески пылеватые
суглинки и глины
илы и заторфованные грунты
еуп
О,55...О,70
0,60...0,75
0,65...0,85
0,85...1,1
3. Определяют ориентировочное зна-
чение площади уплотненного основания
ДуП= 1,4ft (/ +0,4ft), (10.14)
где и ft — соответственно длина и ши-
рина фундамента, м. В дальнейшем площадь уплотненного основания
уточняется из условия размещения песчаных свай. Число рядов
песчаных свай принимается не менее трех, при этом центры крайних
рядов свай должны выступать за грани фундамента не менее чем на
1,5 dc (dc — диаметр инвентарной трубы и сваи).
4. Устанавливают расстояние L между сваями из условия, чтобы
грунт в процессе его уплотнения приобрел проектную плотность во
всем уплотненном массиве. В этом случае
£ = 0,952dc/K(e-вуп)/(1 +<?),
(10.15)
где е — коэффициент пористости грунта до его уплотнения; еуп — ко*
эффициент пористости грунта после его уплотнения, задаваемый про-
ектировщиком в пределах указанных выше значений.
5. Определяют число свай
п = £14уп/Лсв, (10.16)
где й = (е—еуп)/(1+ е); (10.17)
Дсв — площадь поперечного сечения сваи, м2.
194
Ц После расчетов на чертеж наносят сетку размещения песчаных
|свай с принятым в проекте расстоянием между ними. Затем на сетку
^накладывают кальку, на которой вычерчена в том же масштабе подош-
ла фундамента с дополнительной уплотненной полосой по его перимет-
ру шириной с'. Перемещая кальку по£указанной сетке, устанавливают
^оптимальное размещение песчаных свай в уплотненном основании и
уточняют их число.
Эффект глубинного уплотнения обеспечивается, когда в скважину
засыпают необходимую массу песка для достижения проектной плот-
ности уплотняемого грунта, которую на 1 м длины песчаной сваи опре-
деляют по формуле
с = ЛХ(1+*0/(1+еуп). (Ю.18)
где ps*—' плотность твердых частиц грунта; w — его влажность.
В случае большой толщи слабых грунтов глубину уплотнения при-
нимают равной сжимаемой толще основания, но не менее двух ширин
прямоугольных фундаментов и трех-четырех — для ленточных.
i Пример 10.3. Выбрать вид основания и определить размеры фун-
дамента под колонну сечением 600x600 мм, по обрезу которого дейст-
вует сила /Voll =1500 кН. В основании сооружения залегает содержа-
ний органику пылеватый песок мощностью 24 м, подстилаемый морен-
ными суглинками.
Уровень подземных вод на глубине 1,2 м от поверхности. Место
строительства г. Рига. Характеристики грунта: удельный вес грунта
уи=18,1 кН/м3, удельный вес твердых частиц ул11=26,8 кН/м3, влаж-
ность щ=0,26, <рп=26°, сп=0.
Проверяем состояние'песка по плотности его сложения. По форму-
лам (1.4) 3 EID* OL:
Yd = Тп/(1 + а») = 18,1/(1 + 0,26) = 14,4>Н/м3;
t е = (тй1-ъ)/Т4 = (26,8-14,4)/14,4 = 0,86.
При е>0,8 пылеватые пески находятся в рыхлом состоянии.
Рассмотрим вариант глубинного уплотнения грунта песчаными
'Сваями.
У Примем глубину заложения фундамента d=l м (по условиям про-
мерзания грунтов) и зададимся шириной подошвы фундамента Ь—1 м.
^Теперь для} <рп=26° по табл. 4.2 найдем Л1у=0,84, Л49=4,37 и при
£и=(Гпо формуле (4.5)[найдем расчетное сопротивление грунта
R =14^(0,84.bl-18,1+4,37-1-18,1) = 104 кПа.
| Расчетное сопротивление на уплотненный пылеватый песок при-
нимаем, исходя из опыта строительства, э также’ в соответствии с
|0.4.1 п. 2:
f 7?уп = 2/? = 2-104 = 208 кПа.
% По формуле (5.1) площадь подошвы фундамента
A4> = ^„/(/?yn—Tcpd) = 1500/(208-22-1) = 8,1 м*.
Тогда размеры подошвы фундамента
/ = & = /8Т=2,85 м. Х
Принимаем /=Ь=2,9 м.
Ширина уплотняемого основания Ьуп=1,4 Ь~ 1,4-2,9=4,06^4,1 м.
Площадь уплотненного основания Ауп=4,1 -4,1 = 16,8 м2. Принимаем
для уплотненного грунта коэффициент пористости еуп=0,65, что соот-
ветствует его средней плотности.
Для уплотнения используем инвентарные сваи диаметром dc=
=0,42 м. Площадь сечения сваи
Асв = лс!2/4 = 3,14 • 0,423/4 = 0,138 м2.
По формуле (10.17)
Q = (е—еуп)/( 1 + е) = (0,86—0,65)/( 1 Д- 0,86) = 0,113.
Ориентировочное количество свай по формуле (10.16)
п = QАуп/Асв = 0,113-16,8/0,138 = 14 шт.
Расстояние между осями свай согласно (10.15)
£=0,952-0,42//(0,86—0,65)/(1+0,86) = 1,2 м.
Производим размещение свай в основании и уточняем при этом их
количество. Из условия размещения принимаем 22 сваи. Расположение
свай приведено на рис. 10.4. Определяем массу песка G на 1 м длины
сваи.
По лабораторным определениям песок для свай имеет характерис-
тики: ps=2,65 т/м8, ю=0,12. Тогда, по формуле (10.18) на 1 м длины
сваи
G = 0,138 • 2,65 (1 + 0,12)/( 1 + 0,65) = 0,23 т.
Определяем глубину уплотнения. От подошвы фундамента она
должна быть равна мощности активной зоны. Используем метод экви-
валентного слоя. Для песка и жесткого квадратного фундамента по
табл. 6.8 А (0=0,99, поэтому мощность эквивалентного слоя по формуле
(6-21)
йэ = Лй'сопэ1& = 0,99 • 2,9 « 2,9 м.
Мощность активной зоны Hc—2h3=2-2,9=5,8 м.
Ввиду возможного разрыхления грунта в верхней части скважин
на глубину до 1 м уплотнение надо вести с поверхности .(до отрывки
котлована). Тогда мощность уплотняемой толщи, а следовательно, и
длина песчаных свай составит /св=5,8+1=6,8 м.
10.4.2. Глубинное уплотнение песчаных грунтов динамическими
воздействиями. Уплотнение рыхлых песков производят вибробула-
вами, виброфлотаторами, виброуплотнителем ВНИИГСа, взрывами,
с помощью электроискровых импульсов и другими способами.
Вибробулавами уплотняют водойасыщенный песок на глубину
до Юм, а иногда и до 20 м. В целях ускорения работ по уплотнению
используют куст вибраторов, укрепленных на специальной раме, по-
196
Сгружая и извлекая его с помощью крана. Если влажность песка недо-
статочна, то для повышения эффективности работы в грунт подается
вода (гидровиброуплотнение). С этой же целью применяют виброфло-
таторы — вибраторы, соединенные с трубой, через которую к месту
уплотнения подается вода.
П. Д. Лобасов предложил уплотнять водонасыщенные песчаные
грунты на глубину до 20 м с помощью вибропогружателя, который кре-
пится к трубчатому стержню диаметром 100. . .150 мм с приваренными
к нему через 300 мм по его длине горизонтальными планками. Погру-
жение и извлечение виброснаряда осуществляется с помощью самоход-
ного крана.
При уплотнении песка глубинными взрывами последние производят
с 2. . .3-кратной повторностью. Другие методы глубинного уплотнения
еще не нашли широкого применения.
10.4.3. Уплотнение просадочных грунтов грунтовыми сваями.
В данном методе преследуется цель устранения макропор и просадоч-
ных свойств грунтов. Производство работ состоит из двух операций:
уплотнения грунта во время изготовления полости (скважины) и за-
полнения ее местным грунтом с заданной степенью плотности.
Изготовление скважины осуществляется за счет вытеснения грунта
в стороны при ее пробивке или расширения посредством забивки и
извлечения инвентарной сваи. Эта свая обычно состоит из металличес-
кой трубы диаметром 273 мм и инвентарного башмака диаметром 400 мм.
Забивку ведут с поверхности земли или выше отметки заложения фун-
дамента на шесть диаметров скважины, так как в пределах этой глу-
бины грунт разрыхляется и перемещается вверх. Заполнение скважи-
ны во всех случаях производится местным грунтом оптимальной влаж-
ности с послойным его уплотнением трамбовками массой от 350 <г
до 3 т.
При разработке проекта уплотнения исходят из условия, что при
средней плотности уплотненного грунта, характеризуемой плотностью
скелета (сухого) грунта, он не должен обладать просадочными свойст-
вами. Обычно грунт становится непросадочным, если pd>l,6 т/м3.
Учитывая трудность контроля качества работ по глубинному уплотне-
нию, в проектах обычно предусматривают плотность сухого грунта
до р^=1,65. . .1,75 т/м3.
. Коэффициент пористости уплотненного грунта
еуп = (Р$ Pd)/Ptp (10.19;
Для среднего значения плотности частиц просадочных грунтов р3=
=2,7 т/м3 коэффициент пористости при разных значениях плотности
сухого грунта приводится ниже.
Требуемая плотность ра, т/м3 1,65 1,70 1,75
Коэффициент пористости еуп 0,635 0,588 0*542
Относительную плотность сечения скважин на 1 м2 площади уп-
лотненного основания вычисляют по формуле (10.17). В зависимости
от природной пористости грунта и его проектной плотности устанавли-
197
вают расстояния между центрами грунтовых свай в соответствии с
табл. 10.4.
Таблица 10.4. Рекомендуемые расстояния L между осями грунтовых свай
Значения L при е
1,224 1,084 1,00 P "2 0,85 0,785
1,65 l,8dc 2,0dc 2,25dc 2,5dc 2,75dc 3,25dc
1,70 l,75dc 1,9dc 2,ldc 2,25dc 2,5dc 3,0dc
1,75 l,6dc 1,8dc 2,0dc 2,ldc 2,25dc 2,5dc
П р'и’м е~ч£а н’и я:Ц41. Те—коэффициент^пористости^грунта ^природного сложения;12. dz —
диаметр^грунтс войжсваи.
Ширина полосы из уплотненного грунта в плане должна выступать
за контур фундамента во все его стороны не менее 0,1 Ь, где Ь — шири-
на фундамента, но во всяком случае не менее 0,5 м. Тогда площадь
уплотняемого основания, м2,
уЛп = (д + 2с')Х/ + 2<;'). (10.12а)
где I — длина фундамента, м; с' — ширина полосы уплотненноп/грун-
та вокруг фундамента, м.
Для грунтов, у которых просадки проявляются даже при незначи-
тельных давлениях, принимают с'=0,2 Ь.
Глубину уплотнения назначают из условия полного устранения
просадки грунта от его собственного веса и от нагрузки, передаваемой
фундаментом (в соответствии со СНиПом). В плане сваи размещают
на равных расстояниях в шахматном порядке. Число их рядов по длине
и ширине фундамента принимается не менее 3. Необходимое количество
грунта для засыпки 1 м длины сваи устанавливают по формуле (10.18),
где w — соответствует оптимальной влажности ы»опт.
Для предварительных расчетов необходимое количество гр у ну а
на 1 mJ г унтовой сваи может быть принято следующее:
Диаметр скважины dc, 0,40 0,45 0,50
Масса грунта,‘jr 0,240 0,304 0,375
Пример. 10.4. Рассчитать уплотнение основания, грунтовыми свая_
ми. Мощность слоя просадочного суглинка 8,4 м (ниже подошвы фун’
дамента). Площадка относится к I типу грунтовых условий по проса-
дочности. Ожидаемая просадка основания ss£=18 см, что больше пре-
дельно допустимой осадки su. Размеры подошвы фундамента 4x5 ус-
тановлены исходя из расчетного сопротивления уплотненного грунта
основания. Глубина заложения d=l ,8 м. Свойства грунта: коэффици-
ент пористости е=1; плотность твердых частиц ра=2,7 т/м3. Требуемая
плотность сухого (скелета) грунта ра=1,7 т/м3.
Коэффициент пористости уплотненного грунта по формуле (10.10)
= Ps/Pa—1 = 2,7/1,7—1 = 0,6.
198
Рис. 10.5. Расчетная схема к
примеру 10.4 (размеры в м)
Относительная'площадь скважин на 1 м2 площади основания по
формуле (10.17)
Q = (е—eyn)/(l +е) = (1,0—0,6)/(1 4-1,0) = 0,2.
Площадь уплотненного основания по формуле (10.12а)
Луп = (Ь + 2с’)(1 + 2с') = (44- 2-0,5) (5 4-2-0,5) = 30 м2.
Принимаем диаметр грунтовой сваи dc=0,40 м. Площадь поперечного
сечения сваи
Лсв = nd2/4 = 3,14.0,42/4 = 0,125 м2.
Общая площадь всех свай
2Лсв = ЛупЙ = 30-0,2 = 6 м2.
Количество свай
п = 2 Лсв/Лсв = 6/0,125 = 48 шт.
Расстояние между сваями (по табл. 10.4)
£ = 2,4 = 2,1-0,4 = 0,84 м.
Из условия размещения (рис. 10.5) принято 49 свай. Определим тре-
буемую глубину уплотнения. Так как площадка строительства отно-
сится к I .типу грунтовых условий по
просадочности, то можно ограничиться
уплотнением грунта в пределах сжимае-
мой толщи. Определяем ее по методу
эквивалентного слоя. Для //Ь=5/4=1,25
и суглинка по табл. 6.8 Л <oconst=1,2,
й =1,2-4 = 4,8 м; /7=2й,=2-4,8=
= 9,6м.
Фактическая мощность просадочно-
го грунта составляет 8,4 м, т. е. требует-
ся уплотнение грунта в пределах всей
просадочной толщи. Чтобы избежать раз-
рыхления грунта в верхней зоне, уплот-
нение грунта производят до отрывки
котлована.
10.4.4. Уплотнение просадочных грун-
тов предварительным замачиванием.
Для уплотнения лёссов на площадке
бурят скважины, которые засыпают пес-
ком, и в песок подают воду до тех пор,
пока не произойдет замачивание грунта
на всю глубину. Под действием собствен-
ного веса грунт, залегающий в нижней
части просадочной толщи, постепенно
уплотняется, теряя свои просадочные
свойства. В верхней части грунт остается
недоуплотненным. При нагрузке это мо-
199
жет вызвать просадку, поэтому применение метода предварительного за-
мачивания должно сочетаться с поверхностным уплотнением грунтов.
Предварительное замачивание применяется также совместно с глубин-
ными взрывами. Для этого в скважины помещают заряды и после за-
мачивания грунтов производят взрывы, следующие один за другим.
Грунт при этом уплотняется, теряя свою просадочность. Не получает
должного уплотнения лишь верхний слой толщиной 2...3 м, который
в дальнейшем доуплотняется чаще всего тяжелыми трамбовками. Бо-
лее подробные сведения по уплотнению грунтов замачиванием имеются
в литературе.
10.5. ЗАКРЕПЛЕНИЕ ГРУНТОВ
Закрепление грунтов сопровождается существенным изменением
их физико-механических свойств. Способ закрепления выбирают в
зависимости от грунтовых условий площадки, назначения и технико-
экономической целесообразности закрепления, а также производствен-
ных возможностей его осуществления.
10.5.1. Силикатизация грунтов. Способ силикатизации заключается
в нагнетании в грунт (через инъекторы) химических растворов, кото-
рые, реагируя между собой или с содержащимися в грунте солями,
образуют гель кремниевой кислоты. Силикатизация используется при
устройстве оснований под сооружения с целью увеличения их несущей
способности или устранения водопроницаемости песков и просадочнос-
ти лёссовых грунтов.
Размеры подлежащего закреплению массива грунта устанавлива-
ют в зависимости от характера напластования грунтов и назначения
закрепления. Так, например, при закреплении основания с целью
увеличения его несущей способности глубину укрепляемой зоны при
нимают такой, при которой обеспечивается устойчивость залегающего
ниже грунта и осадка меньше предельных значений. Размеры закреп-
ленного массива в плане принимают выступающими за грани фунда-
ментов не менее чем на 0,2 м.
В зависимости от вида закрепляемого грунта применяют двух- и
однорастворный способ силикатизации.
Двухрастворный способ используют для закрепления песков с
коэффициентом фильтрации от 2 до 80 м/сут. Он заключается в пооче-
редном нагнетании в грунт растворов силиката натрия и хлористого
кальция. Концентрация раствора силиката натрия (жидкого стекла)
назначается в зависимости от коэффициента фильтрации закрепляемо-
го песка:
Коэффициент фильтрации &ф, Плотность раствора жидкого стекла
м/сут модуля 2,5...3,0 при /—18°, т/м3
2...10 1,35...1,38
10...20 1,38...1,41
20...80 1,41...1,44
Плотность раствора хлористого кальция принимают 1,26... 1,28т/м3.
Однорастворный способ применяют для закрепления лёссовых грун-
200
тов, мелких и пылеватых песков. При силикатизации лёссов в грунт
инъектируется раствор жидкого стекла с модулем 2,6...3 и плотностью
1,13 т/м3. Силикат натрия вступает во взаимодействие с имеющимися
в лёссе солями, которые способствуют образованию геля кремниевой
кислоты. Для закрепления мелких и пылеватых песков в них нагнета-
ют один из сложных гелеобразующих растворов, указанных в табл.
10.5.
Таблица 10.5. Составы для однорастворпой силикатизации мелких
и пылеватых песков
Компоненты Плотность растгора при / = 18°С Объемное соотноше- ние, ч Приготовление
Фосфорная кислота 1,025 3...4 В емкость вначале наливают
Силикат натрия 1,19 1 заданное количество фосфорной кислоты, а затем при интенсив- ном помешивании добавляют силикат натрия
Серная кислота 1,06 1,3 В горячей воде растворяют
Сернокислый алю- миний 1,06 0,7 сернокислый алюминий, затем перемешивают по расчету ос-
Силикат натрия 1,19 1,5 тальное количество воды и кон- центрированную серную кисло- ту. В полученный коагулянт при постоянном перемешивании заливают тонкой струей сили- кат натрия
При омоноличивании колонки грунта одиночным инъектором
(рис. 10.6, а) радиус закрепления принимают по табл. 10.6.
Таблица 10.6. Радиус R закрепления грунта от одного инъектора
Грунты Способ закрепления Коэффициент фильтрации м/сут. Радиус за- крепления грунта, м
Пески крупные и сред- ней крупности Мелкие и пылеватые пески Лёссовые грунты Двухрастворная сили- катизация Однорастворная сили- катизация То же ( 2...10 10...20 20...50 50...80 0,3.. .0,5 0,5...1 1...2 [ 2...5 0,1...0,3 0,3...0,5 0,5...! ( 1...2 0,3...0,4 0,4...0,6 0,6...0,8 0,8...! 0,3...0,4 0,4...0,6 0,6...0,8 0,8...1 0,3...0,4 0,4...0,6 0,6...0,9 0,9...1
201
Для закрепления массива грунта инъекторы располагают в плане
в шахматном порядке (рис. 10.6, б). Расстояние между рядами инъек-
торов принимают равным 1,5/?, а между соседними инъекторами 1,73 /?.
Закрепление грунтов по глубине производят по зонам — «заходкам».
Размер одной заходки на 0,5/? превышает длину перфорированной час-
ти инъектора, обычно равной 0,5... 1м. При двухрастворном способе
закрепления вначале нагнетают жидкое стекло заходками сверху вниз,
а затем раствор хлористого кальция заходками снизу вверх.
Рис. 10.6. Схема расположения инъекторов при силикатизации грунтов:
а, б — размещение инъекторов в плане; в — то же, в разрезе при одноч заходкс; г, |9 — то же,
при трех заходках /, II. 111
На рис. 10.6, в показано закрепление грунтов одной, а на рис.
10.6,г — тремя заходками. Перерывы между инъектированием пер-
вого и второго растворов должны быть по возможности меньшими и не
превышать значений, указанных ниже:
Скорость движения подземных вод/'м/сут 0 0 5 1,5 3
Перерыв, ч 24 6 2 1
’Количество инъектируемого в грунт раствора
Vv = anV„, (10.^0)
где 1Л, — объем раствора, л; а — коэффициент размерности; л’— по-
ристость грунта, доли единицы; — объем закрепляемого грунта, м3.
Значение коэффициента а принимают: для крупных и средней
крупности песков — 500, мелких и пылеватых — 1200, лёссов —
800 л/м3.
Нагнетание растворов в грунт производят медленно и равномерно.
В табл. 10.7 приведена приобретаемая грунтом прочность после его
закрепления.
Во время производства работ осуществляют контроль за качеством
химических растворов и процессом закрепления грунтов.
10.5.2. Закрепление грунта синтетическими смолами (смолизация).
В настоящее время закрепление грунтов этим способом производят
чаще всего с помощью карбамидной смолы. Она используется для
омоноличивания сухих и водонасыщенных песков с коэффициентом
фильтрации от 0,5 до 50 м/сут и для закрепления лёссовых грунтов
202
Таблица 10.7. Прочность закрепленного грунта
Грунты Коэффициент фильтрации Лф, м/сут Предел прочности на сжатие через 2 8 сут, МПа
Крупные и средней круп- ности пески Мелкие и пылеватые пески Лёссовые грунты ( 5...10 < 10...20 [20...80 0,3...5 ( 0,1...2] j 3,5...3,0 3,0...2,0 2,0...1,5' | 0,5...0,4 1 0,8...0,6
Закреплению смолизацией не подлежат, как правило, пески, в состав
которых входит более 3% глинистых фракций или карбонатов (по
весу). При содержании глинистых частиц от 1 до 3% или карбонатов
от 0,1 до 3% пески до закрепления обрабатывают раствором соляной
кислоты 3.. .5% -ной концентрации.
При закреплении песков карбамидную смолу используют совмест-
но с отвердителем (раствором соляной кислоты). Рабочий гелеобразу-
ющий раствор (табл. 10.8) приготовляют непосредственно перед его
инъекцией в грунт.
Таблица 10.8. Составы гелеобразующих растворов
№ состава Наименование компонентов гелеобразующего раствора Плотность раствора при / = 20°С Соотношение компонентов по объему, ч
I Карбамидная смола КМ-2 1,09... 1,1 100
Соляная кислота (5%-ный раствор) 1,023 7...8
2 Карбамидная смола МФ-17 1,08...1,09 100
Соляная кислота (5%-ный раствор) 1,023 8... 10
Радиус R закрепления грунта и расход раствора назначают в за-
висимости от коэффициента фильтрации
£ф, м/сут R, м Расход раствора,’’"л/мин
0,5...! 0,5...0,6 1...2 *
J...5 0,6...1 2...5
Для омоноличивания массива грунта объем гелеобразующего раствора
(л) вычисляют по формуле (10.20), в которой коэффициент а=1000 л/м3.
При смолизации лёссовидных грунтов применяют раствор карба-
мидной смолы (без добавления соляной кислоты). После закрепления
этих грунтов они теряют просадочность ^становятся практически водо-
непроницаемыми.
Расстояние между инъекторами, объем закрепляемого массива
грунта, количество заходок и их расположение по глубине принима-
ют, как и при однорастворной силикатизации песчаных грунтов.
. Предел прочности на сжатие закрепленного смолизацией песка
получается от 1,0 до 2,5 МПа, а лёссовидных грунтов — 0,7...1,5 МПа.
। 203
После составления проекта производят опытное закрепление грунта
и в шурфе отбирают образцы для лабораторного определения прочнос-
ти и других характеристик.
10.5.3. Электрозакрепление грунтов. При пропускании постоянного
электрического тока через пылевато-глинистые и другие грунты с
коэффициентом фильтрации £ф<0,01 м/сут в них происходит переме-
щение влаги в сторону катода, а отрицательно заряженных частиц —
анода. При этом водоотдача и коэффициент фильтрации грунта резко
возрастают.
Указанное явление сопровождается уплотнением и обезвоживани-
ем грунта между электродами; свертыванием грунтовых коллоидов;
химическими реакциями между составными частями грунта. Все эти
процессы способствуют ускорению уплотнения и твердения пылевато-
глинистого грунта, которое в природных условиях протекает крайне
медленно.
В строительной практике в этих целях используют два способа:
электроосмос и электрохимическое закрепление.
Электроосмос применяют в основном для повышения несущей спо-
собности и ускорения консолидации слабых пылевато-глинистых
грунтов; увеличения устойчивости откосов и дна котлованов; водопо-
нижения в тонкодисперсных грунтах.
При электроосмосе в грунт забивают электроды. В качестве анода
используют сплошные металлические стержни, а для катодов приме-
няют трубы с перфорацией в нижней части или иглофильтры для уда-
ления поступающей воды. Расстояние между электродами, м, разного
знака определяют по формуле
Л = 100t7/(Zpo<pe), (10.21)
где U — рабочее напряжение, В; / — плотность электрического тока,
А, на 1 м2 осушаемого грунта; р0 — удельное омическое сопротивление
грунта, Ом*см; срэ — коэффициент, зависящий от размеров и располо-
жения электродов (принимается в пределах от 2 до 3).ф
На практике расстояние между одноименными и разноименными
электродами принимается порядка 0,6...1,5 м. Напряжение на электро-
дах принимают равным 35...60 В на 1 м расстояния между рядами
электродов. Плотность тока составляет 8... 12 А на 1 м2 сечения слоя
закрепляемого грунта, средний расход электроэнергии — 40...60 кВт-ч
на 1 м3 обрабатываемого грунта. Расчетное сопротивление грунта
определяют по формуле (4.5) на основе исследований грунтов после их
обработки. Проектирование сооружений на этих грунтах ведут с уче-
том возможных изменений их свойств во времени.
Электрохимическое закрепление используют для тех же грунтов,
что и электроосмос. Этот способ характеризуется более коренным из-
менением свойств грунтов. Сущность закрепления заключается в сле-
дующем. В грунт рядами на таком же расстоянии друг от друга, как
и при электроосмосе, погружают полые электроды (трубы с перфора-
цией в нижней части или иглофильтры). В полости анодов подают за-
крепляющий раствор. Откачку воды производят из второй группы
труб — катодов. Через грунт пропускают постоянный электрический
204
ток, под воздействием которого увеличиваются скорость и радиус
проникновения раствора и возрастает интенсивность физико-химиче-
ских процессов, приводящих к образованию в грунте нерастворимых
соединений и необратимых коллоидов. Указанные процессы происхо-
дят при взаимодействии вводимых в грунт и содержащихся в нем хи-
мических соединений и приводят к омоноличиванию грунта.
Электрический ток в зависимости от разновидности способа элект-
розакрепления пропускают в одном или разных направлениях. Изме-
нение направления тока приводит к более равномерному закреплению
грунта между рядами электродов. Продолжительность обработки
грунта достигает 30...50 ч. Схема размещения электродов при электро-
осмосе и электрохимическом закреплении грунтов показана на рис.
10.7.
Электрохимическое закрепление применяют также и для улучше-
ния свойств лёссовых грунтов. Этот прием закрепления, используемый
при коэффициенте фильтрации грунтов менее 0,1 м/сут, является даль-
нейшим развитием способа силикатизации и расширяет границы его
применимости. Если на 100 г сухого грунта приходится более 0,013 г
растворимых солей, то применяют однорастворный способ закрепле-
ния, при меньшем содержании указанных солей — двухрастворный.
В результате такого закрепления грунт приобретает прочность на
сжатие порядка 0,65... 1,3 МПа.
При проектировании оснований, закрепляемых электрохимиче-
ским способом, необходимо: а) выбрать химический состав растворов
для закрепления грунта; б) определить объем подлежащего закрепле-
нию грунта; в) составить технологическую схему закрепления;
г) определить потребность в химических растворах и электроэнергии;
д) оценить стоимость работ по закреплению основания; е) установить
расчетное сопротивление грунта после его закрепления.
10.5.4. Термическое закрепление грунтов. Этот способ применяют
для закрепления лёссовидных грунтов, чернозема и неводонасыщенных
обычных глинистых грунтов. Сущность термического закрепления
заключается в преобразовании структурных связей в грунте под воз-
действием высоких температур. В результате закрепления устраняют-
ся просадочные свойства грунтов, возрастают их прочность и водо-
стойкость.
Термообработку производят посредством нагнетания в пробурен-
ные в грунте скважины горячего газа при температуре 7ОО...9ОО*’С
или сжигания в них топлива (газообразного, жидкого или твердого,
рис. 10.8). Второй способ закрепления более эффективен. В качестве
топлива используют природный и другие горючие газы, соляровое
масло, мазут. Для усиления фильтрации раскаленного воздуха в
грунте и поддержания необходимой температуры в скважине в нее
подают избыточное количество воздуха и поддерживают давление в
пределах от 15 до 50 кПа.
Диаметр скважин принимают равным 10...20 см; глубина их зави-
сит от мощности слоя грунта, подлежащего закреплению, и колеблет-
ся в пределах от 6 до 15 м и более. Расстояние между осями скважин
зависит от значения нагрузок и характера их распределения по^пятну
205
застройки. Обжиг грунта продолжается от 5 до 10 сут. При сжига-
нии 80... 180 кг жидкого топлива на 1 м глубины скважины вокруг нее
образуется массив термически закрепленного грунта диаметром 1,5...
3 м. Прочность закрепленного грунта на сжатие достигает 1,0.. .3,0 МПа.
Для придания закрепленному массиву уширенной книзу формы
обжиг производят на отдельных по глубине участках (зонах) скважи-
ны. Это достигается посредством опускания в скважину специального
регулятора (трубы с асбестовым
Рис. 10.7. Схема электроуплотнения или-
стых грунтов:
/ — катод; 2 — анод; 3 — глухая часть элек-
трода; 4 — перфорированная часть электрода;
5 — уплотненный массив; 6 — катодный ряд;
7 — анодный ряд; 8 — источник постоянного
тока
сальником). Обжиг грунта начи-
нают с нижней части скважи-
ны с последующей перестанов-
кой сальника по высоте.
Рис. 10.8 Схема установки терми-
ческого закрепления просадочных
грунтов по второму способу (раз-
меры в м):
/ — компрессор; 2 — форсунка; 3 — на-
сос для подачи горючего в скважину;
< _ трубопровод; 5 — емкость с жид-
ким горючим; 6 — фильтр
Для уточнения времени обжига, расхода топлива и воздуха на
1 м3 закрепленного грунта, а также диаметра и глубины закрепляемо-
го массива производят обработку двух скважин на опытном участке
с последующей отрывкой шурфов или траншей на всю глубину термо-
закрепления. При вскрытии массива отбирают образцы грунта для
определения прочности и других характеристик его закрепления.
Глава 11
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ФУНДАМЕНТОВ В ОСОБЫХ ГРУНТОВЫХ УСЛОВИЯХ
(СПРАВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ)
11.1.ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТОВ
НА СИЛЬНО- И НЕРАВНОМЕРНОСЖИМАЕМЫХ ГРУНТАХ
При возведении достаточно тяжелых зданий и сооружений, чувст-
вительных к неравномерным осадкам, к сильносжимаемым относят
грунты, обладающие модулем общей деформации менее 5000 кПа.
Это соотвестствует грунтам, имеющим коэффициент относительной
сжимаемости приблизительно 0,00015 кПа"1. К ним относят насып-
ные грунты, илы, торфянистые и слабоуплотненные пылевато-глинис-
тые грунты (озерно-ледниковые ленточные глины и суглинки, дельто-
лагунные супеси и суглинки, содержащие органику, и др.). Эти грун-
ты часто обладают неравномерной сжимаемостью, что усложняет
прогноз размеров ожидаемых осадок.
В общем случае осадка сооружения слагается из пяти составляю-
щих, каждая из которых вызывается различными причинами:
~ ^упл “Г ^разупл “Ь ^вып Н- ^расстр Н- ^экспл* 0 1-0
Причины, приводящие к неравномерным осадкам, даньГв табл. 11.1.
Несущие конструкции различной жесткости и прочности неодина-
ково чувствительны к развитию неравномерных осадок.
Гибкие сооружения, следующие в каждой точке за перемещением
поверхности грунта, получают искривления без возникновения до-
полнительных усилий в конструкциях. Примером служат разрезные
балки, неравномерная осадка опор которых не отражается на их
работе.
Очень (абсолютно) жесткие сооружения (дымовые трубы, водона-
порные башни, элеваторы и др.) при надлежащей прочности несущих
конструкций не могут изгибаться и выравнивают осадки поверхности
основания. Это приводит к перераспределению давления по подошве
фундаментов. Где податливость основания оказывается меньше, дав-
ление концентрируется, и наоборот. При несимметричной загрузке
или податливости основания сооружения получают крен (см. рис.
6.1, е).
Большая часть сооружений обладает конечной жесткостью. Поэто-
му при различной податливости оснований происходит лишь частичное
выравнивание осадок и одновременно перераспределение давления
по подошве фундаментов, вызывающее концентрацию давления на
участках, под которыми основание обладает меньшей податливостью.
Это приводит к возникновению дополнительных усилий в фундамен-
тах и несущих конструкциях сооружений. Когда конструкции не спо-
собны воспринять дополнительные усилия, в них появляются трещины
(см. рис. 6.1). В сечениях по трещинам резко уменьшается жесткость
207
Таблица 11.1. Основные причины развития неравномерных осадок
Вид осадки Причина развития неравномерных осадок Влияние на развитие неравномерной осадки
Зупл—осадка уп- лотнения грунтов в основании I. Неоднородность основания соору- жения 1. Выклинивание слоев грунта 2. Линзообразное залегание отдель- ных видов грунтов 3. Неодинаковая мощность слоев грунтов различной сжимаемости 4. Неодинаковая плотность грунта или неравномерное распределение включений (торфянистых, валунов и др.) 5. Возведение фундаментов соору- жения на различных по сжимаемости грунтах 6. Неодинаковые условия консолида- ции грунтов II. Неоднородность напряженного состояния грунтов в основании 7. Неодинаковая загрузка различ- ных фундаментов сооружения и, сле- довательно, неодинаковые размеры подошвы фундаментов 8. Большее влияние загружения со- седних фундаментов на их осадку в средней части сооружения и мень- шее— на осадку крайних и угловых фундаментов 9. Неодновременное загружение со- седних фундаментов в период строи- тельства 10. Неполное загружение (недо- загрузка) отдельных фундаментов Основное Неравномерность осадки уплотнения во многих случаях может быть определена рас- четом
^разупл осадка от набухания грун- та основания при отрывке котлована и последующего уп- лотнения при на- грузке, равной при- родной 11. Неодинаковое набухание грун- тов основания вследствие причин, ука- занных в пп. 1—6 12. Отрывка котлована в отдельных частях сооружения на различную глу- бину 13. Большее набухание грунтов под центральной частью котлована, чем по краям и в углах 14. Различная продолжительность времени, в течение которого набухают грунты основания под отдельными частями сооружения Несущественное Осадку разуплотне- ния необходим^ учи- тывать, когда после устройства фундамен- тов и обратной засып- ки природное напря- женное состояние не восстанавливается •
5вып —осадка за счет выдавливания (выпирания) грун- тов из-под подошвы в стороны 15. При развитии зон пластических деформаций в основании на глубину более 0,25 Ъ 16. Наличие по сторонам от основа- ния слабых сильносжимаемых грунтов Незначительное При давлении по подошве менее расчет- ного давления На грунт основания
208
Продолжение табл. 11.1
Вид осадки Причина развития неравномерных осадок Влияние на развитие неравномерной осадки
17. Неодинаковое сопротивление грунтов сдвигу под отдельными ча- стями сооружения
•Spaccrp осадка, являющаяся след- ствием разрушения природной струк- туры грунтов в ос- новании при про- изводстве работ -• /. Воздействие метеорологических факторов 18. Промерзание и оттаивание грун- тов в основании как при устройстве фундаментов, так и во время возве- дения самого сооружения 19. Размягчение и набухание грун- тов ниже дна котлована вследствие увлажнения их атмосферными осадками 20. Высыхание грунтов основания под воздействием солнечной радиации и ветра //. Воздействие подземных вод 21. Разрушение слоев грунта гид- ростатическим давлением 22. Разрушение структуры грунта гидродинамическим давлением 23. Суффозия грунта потоком под- земных вод, поступающих в котлован или приямки ///. Динамические воздействия на водонасыщенные рыхло залегающие пы- леватые песчаные и пылевато-глини- стые грунты 24. Перемещение механизмов по дну котлована 25. Удары землеройных механизмов о грунт 25. Удары, применяемые для рых- ления мерзлого грунта 27. Воздействия взрывов, Госущест- вляемых около возводимого соору- жения IV. Ошибки строителей 28. Перебор грунта и обратная не- качественная подсыпка, заблаговре- менная откопка котлованов и др. Может быть очень большим (Неправильный вы- бор способа работ по устройству фундамен- тов.) Зрасстр необходимо сводить к минимуму
^экслл—осадки в результате нару- тени я работы ос- нования во время эксплуатации со- оружения 29. Откопка котлованов вблизи су- ществующих сооружений 30. Подвижка грунтов в основании при прокладке или в период эксплу- атации подземных коммуникаций 31. Систематическая откачка под- земных вод из подвалов или около существующих сооружений Неравномерности осадки могут быть очень большими Необходимо прини- мать меры к их ис- ключению
8 Зак. 562
209-
Продолжение табл. 11,1
Вид осадки Причина развития неравномерных осадок Влияние на развитие неравномерной осадки
32. Возведение тяжелых сооруже- ний около существующих фунда- ментов 33. Увеличение нагрузки на суще- ствующие фундаменты в процессе эксплуатации сооружений 1
конструкций (например, стен здания). Это способствует развитию не-
равномерных осадок, а следовательно, уменьшению концентрации
давления по подошве фундаментов и дополнительных усилий в несущих
конструкциях сооружений.
Перераспределение давления по подошве фундаментов при большой
неравномерной деформации грунтов основания зависит от: размеров
сооружения и распределения давления в плане; соотношения жесткос-
тей сооружения и основания; неравномерности податливости основа-
ния по площади застройки; соотношения скорости возведения соору-
жения и увеличения его жесткости во времени, с одной стороны, и
Рис. 11.1. Умень-
шение неравномер-
ности осадки за счет
различного заглуб-
ления фундамента:
/ — фундамент про-
дольной стены; 2 —
сильносж и м а е м ы й
грунт; 3 — подстила-
ющий грунт, облада-
ющий малой сжимае-
мостью
развития осадок и их неравномерности во вре-
мени — с другой.
Весьма важно хотя бы ориентировочно оценить
возможное перераспределение давления по подош-
ве фундаментов и возникающие при этом в конст-
рукциях дополнительные усилия. Вследствие нео-
пределенности работы неравномерно оседающего
основания совместно с работой несущих конструк-
ций сооружения обычно назначают конструктив-
ные мероприятия, направленные на уменьшение
чувствительности этих конструкций к неравномер-
ным осадкам (табл. 11.2). Принимают также меры
по уменьшению ожидаемой неравномерности осад-
ки, к которым относят:
а) устройство различно заглубленных фундаментов из расчета
оставления ниже подошвы слоя одинаковой мощности сильносжимае-
мого грунта (рис. 11.1);
б) применение более широких фундаментов с уменьшенным давле-
нием по подошве, где ожидаются большие осадки;
в) использование* верхнего более плотного слоя в качестве распре-
делительной подушки;
г) замена верхней части слоя слабого грунта на песчаную или иную
подушку;
д) устройство более глубоких подвалов в части здания, осадка ко-
торой ожидается больше соседних частей;
е) возведение части здания на консолях.
210
Таблица 11.2. Мероприятия по уменьшению чувствительности конструкций
сооружений к неравномерным осадкам
Форма деформации Характер конструкций сооружений Рекомендуемые мероприятия
Крен (см. рис. Жесткие высокие 1. Возведение сооружения с обратным
6.1, д, е) сооружения креном, равным половине расчетного
Прогиб и вы- Здания с несущими 2. Смещение центра тяжести подошвы фундамента с целью уменьшения ожи- даемого крена 3 Устройство непрерывного армирова-
гиб (см. рис. 6.1, и самонесущими про- ния фундаментов и стен вдоль всех на-
л, б) дольными стен ружных и внутренних стен
• Многоэтажные зда- ния с несущими кар- касами 4. Разрезка здания на части осадоч- ными швами, расположенными в местах: резкой неоднородности грунтов основа- ния, переходов к другой высоте здания, поворотов здания и в местах темпера- турных швов 5. Устройство общей перемычки над проемами, разделенными простенками, имеющими ширину менее половины вы- соты проемов 6. Увеличение глубины заделки опор перемычек, прогонов и настилов пере- крытий 7. Повышение прочности заделки ан- керов перекрытий 8. Уменьшение коэффициента условий работы в 1,5 раза при оцелке прочности элементов стен нижних этажей и фун- даментов на сжатие 9. Устройство несущих конструкций по возможности одного типа (нежела- тельно сочетать возведение тяжелых на- ружных стен и несущих внутренних ко- лонн, получающих основную нагрузку в последующее время) 10. Возведение отдельных железобе- тонных колонн на ленточных фундамен- тах, соединенных с фундаментами наруж- ных' стен 11. Придание отдельным частям здания различного по размеру строительного подъема в соответствии с ожидаемыми осадками 12. Устройство монолитных ленточных фундаментов в виде перекрестных лент или сплошных плит с максимальной жесткостью 13. Разрезка здания осадочными шва- ми в соответствии с п. 4 14. Распределение собственного веса конструкций здания по возможности рав- номерно между отдельными фундамен- тами, добиваясь одинаковой осадки фун- даментов здания
8* Зак. 562
211
Продолжение табл. 11.2
Форма деформации Характер конструкций сооружений Рекомендуемые мероприятия
Перекос (см. рис. 6.1, в, г) Одноэтажные произ- Бедственные каркас- ные здания Здания с несущими и самонесущими про- дольными стенами и каркасные 15. Устройство разрезных конструкций 16. Применение конструкций с макси- мальной гибкостью, если необходимо де- лать их неразрезными 17. Выполнение пп. 4, 5, 6, 9, 10 и 12 применительно к ’ одноэтажным каркас- ным зданиям 18. Расположение осадочного шва в месте ожидаемого перекоса 19. Устройство железобетонной жест- кой разгрузочной балки в пределах вы- соты фундамента 20. Выполнение мероприятий, пере- численных пп. 3, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 в месте ожидаемого перекоса в пределах длины участка здания, равного двум его высотам. При этом армирование кладки стены должно выполняться в каждом этаже в одном или двух горизонтах
Дополнительно при осадке зданий более 15 см руководствуются
следующими положениями:
а) зданиям придают строительный подъем, т. е. принимают отметку
обреза фундамента выше на размер ожидаемой осадки;
б) в фундаментах над вводами и выпусками трубопроводов предус-
матривают зазор не менее ожидаемой осадки;
в) вводы и выпуски прокладывают в каналах, обеспечивающих
нормальные условия эксплуатации трубопроводов при значительной
неравномерности между осадкой зданий и ближайшего колодца на
коммуникации;
г) канализационные выпуски делают с уклонами, которые гаранти-
руют даже после развития полной осадки уклон труб от здания, при
этом учитывается и осадка поверхности грунта около него;
д) зазор осадочного шва делают из расчета возможного крена от-
дельных частей сооружения и во всяком случае не менее 3 см; зазор
заполняется долговечным упругим материалом.
При проектировании фундаментов на сильносжимаемых грунтах
основное внимание уделяется оценке их сжимаемости и изменчивости
этой характеристики. Если данные изысканий недостаточны, то при
проектировании зданий принимают, что под одинаково загруженными
фундаментами развивается неравномерность осадки основания
$max ^ттп = 0>5scp, 0 1 *2)
где scp — средняя осадка сооружения, м.
При неравномерной податливости основания стены зданий искрив-
ляются и в них возникают дополнительные усилия, характерные для
изгиба. Кладка несущих стен хорошо сопротивляется сжатию и плохо
212
растяжению. Для того что-
бы воспринять растягива-
ющие усилия, возникаю-
щие при изгибе, вдоль всех
стен устраивают непрерыв-
ные пояса армирования.
Сечение арматуры обыч-
но назначают по конструк-
тивным соображениям в
каждом поясе от 2 до 15 см2,
чаще всего 5... 10 см2 (рис.
11.2, а — в). Пояса арми-
Р ис. 11.2. Конструкции и размещение-поясов в
стене и фундаменте:
1 — стена; 2 — железобетонный пояс; 3 — армирова-
ние в утолщенном шве
рования можно рассчитать
с учетом совместной работы конструкций сооружения с основа-
нием.
Более подробные указания по проектированию фундаментов на
сильно- и неравномерносжимаемых грунтах изложены в специальной
литературе [1, 24, 29Г.
11.2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТОВ
НА ПРОСАДОЧНЫХ И НАБУХАЮЩИХ ГРУНТАХ
11.2.1. Фундаменты на просадочных грунтах. Просадочными на-
зывают пылевато-глинистые грунты, которые под действием внешней
нагрузки или собственного веса при замачивании водой дают дополни-
тельную осадку (просадку). Свойством просадки обладают обычно
лёссы, лёссовидные суглинки. Вследствие наличия крупных пор эти
грунты иногда называют макропористыми. Просадочные лёссовые
грунты обладают характерными признаками. Они имеют довольно од-
нородный гранулометрический состав (состоят в основном из пылева-
тых частиц), большую пористость (около 50%), малую влажность. На
образцах грунта видны крупные поры (макропоры диаметром 0,5...
5 мм и более). В грунте содержится значительное количество карбона-
тов. При замачивании они очень быстро размокают и полностью теря-
ют первоначальную структуру.'
Ориентировочными признаками просадочности являются: а) сте-
пень влажности Sr<0,8; б) значение показателя П меньше значений,
приведенных ниже:
n = (eL-e)/(l + e), (11.3)
где е — коэффициент пористости грунта природного сложения и влаж-
ности; eL — коэффициент пористости, соответствующий влажности
на границе текучести wLi определяемый по формуле
(114)
где Ts — удельный вес частиц грунта; yw — удельный вес воды, при-
нимаемый равным 10 кН/м3.
213
Число пластичности грунта O.OK/pCO.l | 0,1</f<0,14 | 0,14< 1р<0,22
Показатель П од 0,17 0,24
Рис. 11.3. График отно-
сительной просадочности
Количественной характеристикой просадочности является относи-
тельная просадочность
(^пр ^sat (ll.v)
где /гпр — высота образца грунта природной влажности, обжатого без
возможности бокового расширения напряжением oz, равным напряже-
нию, действующему на рассматриваемой глу-
бине z от собственного веса грунта ozg и на-
грузки от фундамента azp или только от веса
грунта в^зависимости от вида рассматривае-
мых деформаций; hsatp — высота того же об-
разца после замачивания его до полноговодо-
насыщения при сохранении давления; hng —
высота того же образца природной влажно-
сти, обжатого без возможности бокового рас-
ширения давлением, равным напряжению azg
от собственного веса грунта на рассматри-
ваемой глубине.
Относительная просадочность зависит от нагрузки и в инженерно-
геологических отчетах представляется либо в табличной форме, либо
в виде графика (рис. 11.3). Если е^<0,01, то грунт считается непро-
садочным.
Начальное просадочное давление psl представляет собой минималь-
ное давление, при котором проявляются просадочные свойства грунта
в условиях его полного водонасыщения. За давление psl принимают
давление: при лабораторных испытаниях, при котором 8^=0,01;
при полевых испытаниях замоченного лёсса штампом — давлению
на пределе пропорциональности; при замачивании лёсса в котлованах—
давлению, при котором грунт проседает от собственного веса.
Грунтовые условия строительных площадок, сложенных просадоч-
ными грунтами, в зависимости от возможности проявления просадки
грунтов от собственного веса подразделяют на два типа: I тип — про-
садка грунта происходит в основном в пределах деформируемой зоны
основания от внешней нагрузки, а просадка от собственного веса не
более 5 см; II тип —возможна просадка грунта от его собственного
веса, происходящая в основном в нижней части толщи, а при внешней
нагрузке — также и в верхней части.
Типы грунтовых условий по просадочности определяют тремя
путями: а) строят эпюру по глубине напряжений от собственного
веса грунта в водонасыщенном состоянии и также эпюру начального
просадочного давления; точка их пересечения дает верхнюю границу
просадочной толщи; б) строят эпюру относительной просадочности
по глубине при напряжениях от собственного веса грунта. Проведя
вертикаль, соответствующую 8^=0,01, находят границу просадочной
‘214
толщи; в) выполняют пробное замачивание грунта в котлованах.
Этот метод применяют только при освоении вновь застраиваемых
площадок во избежание увлажнения оснований соседних существу-
ющих зданий и сооружений.
Расчетное сопротивление просадочных грунтов определяют в за-
висимости от их свойств и условий эксплуатации сооружения. При
отсутствии возможности замачивания расчетное сопротивление опре-
деляют так, как это изложено в гл. 4. Если замачивание возможно, то
для устранения просадки основания от нагрузки фундаментов р асчет
ное сопротивление можно принять не более начального просадочного
давления, т. е. R^.psl. Однако следует иметь в виду, что psl колеблет-
ся довольно сильно даже в пределах одного просадочного пласта. На-
конец, если замачивание возможно, но будут приняты водозащитные
и конструктивные меры по сохранению надземных конструкций, то
расчетное сопротивление также определяют по гл 4. Однако расчетные
характеристики угла внутреннего трения <рп и сцепления прини-
мают на основе испытания грунтов в водонасыщенном состоянии. Для
предварительных расчетов можно использовать таблицы условных рас-
четных сопротивлений просадочных грунтов (таблицы приведены в
СНиПе).
Наиболее важной частью расчетов является расчет по деформа-
циям. Это обусловлено тем, что абсолютные значения просадок могут
намного превышать предельно допустимые, а если замачивание мест-
ное, относительные деформации также достигают больших значений;
Результаты расчетов по деформациям показывают или возможность
использования естественного основания, или, наоборот, необходимость
искусственного улучшения основания.
Расчет оснований на просадочных грунтах по деформациям произ^
водят, исходя из условия
(11.6)
где s — значение совместной деформации основания и сооружения,
определяемое как и для непросадочных грунтов'(см. гл. 6); sa — значе-
ние деформации основания, вызванное просадкой грунта; su — пре-
дельно допустимое значение совместной деформации основания и соору-
жения.
Для определения просадки основания ssl строят эпюры природных
и дополнительных напряжений в пределах всей глубины просадочной
зоны, причем удельный вес грунта принимается в водонасыщенном со-
стоянии. Просадочную зону разбивают на слои. Размер просадки осно-
вания
п
1=1
где п — число слоев просадочной толщи; z — относительная проса*
дочность грунта i-ro слоя при напряжении, равном сумме природного
и дополнительного в середине рассматриваемого слоя; hi —толщина
i-ro слоя (не более 2 м); ksl — коэффициент условий работы основа-
ния, принимаемый для фундаментов шириной от 12 м и более ksli=l\
215
для ленточных фундаментов шириной до 3 м и прямоугольных — шири-
ной до 5 м по формуле
i = 0,5 + 1,5 (р—ps„)/p0, (11.8)
а для фундаментов других размеров — по интерполяции.
Здесь р — среднее давление по подошве фундамента, кПа; psl , —
начальное просадочное давление, кПа; р0 — давление, равное 100 кПа.
При расчете оснований по деформациям учитывают конкретные
условия работы основания и условия замачивания: значение замо-
ченной толщи при распространении воды от источника замачивания;
неравномерность просадки; замачивание грунта под одним краем ши-
рокого фундамента; возможность общей просадки территории при
подъеме уровня подземных вод; наличие в просадочном массиве непро-
садочных слоев и т. п.
Перейдем к проектированию оснований зданий и сооружений на
просадочных грунтах. Это проектирование имеет в целом обычную пос-
ледовательность, но дополнительно учитывают особенность грунтов.
Прежде всего анализируют инженерно-геологические условия:
мощность лёссовой толщи, размер относительной просадочности, под-
земные воды и прогноз их изменения и др., а также глубину залегания
и свойства непросадочных грунтов. Следует отметить, что на некоторой
глубине всегда находится непросадочный грунт. Это может быть тот
же лёсс с е^<0,01 или же совершенно другой по составу и’состоянию
грунт.
Далее необходимо определить тип грунтовых условий по проса-
дочности и представить работу основания в условиях эксплуатации
сооружения. Из этого будут вытекать дальнейшие расчеты, их резуль-
таты и технические мероприятия.
Если имеется I тип грунтовых условий по просадочности (рис. 11.4,
а), то просадка будет в ограниченной зоне под фундаментом, где
(Н.9)
где — напряжение от собственного веса грунта, кПа; ozp — допол-
нительное напряжение от нагрузки, передаваемой фундаментом, кПа;
pst — начальное просадочное давление, кПа.
В этом случае можно ожидать сравнительно небольшой просадки^
Если осадка и просадка все же превышают размер предельных деформа-
ций, то необходимо улучшить свойства грунта в пределах просадоч-
ной зоны мерами, приведенными ниже.
Для II типа грунтовых условий по просадочности (рис. 11.4,6)
агв + ^гр> Psi (11-9а)
проседает вся толща от подошвы фундамента до непросадочного грун-
та.
Пример 11.1. Определить тип грунтовых условий по просадоч-
ности и рассчитать основание здания по деформациям при следующих
условиях.
Фундамент с размерами подошвы 2,0x2,8 м, глубина заложения
1 м. Давление по подошве рп=240 кПа. Грунтовые условия приведе-
216
ны на рис. 11.5. Удельный вес принят для замоченного (водонасыщен-
ного) состояния. Зависимость &sl i — azi для обоих просадочных слоев
задана в табл. 11.3. Начальное просадочное давление в обоих слоях
незакономерно изменяется по глубине: в верхнем слое — в пределах
40...80 кПа» в среднем — 60 кПа, в нижнем — 90... 110 кПа, в сред-
нем psl = 100 кПа. Здание с железобетонным каркасом. Технологи-
ческий процесс связан с потреблением воды, замачивание возможно.
I тип I тип
Рис. 11.4. Определение типа грун-
товых условий по прдсадочности:
а — тип I; б — тип i i
Непросадочный
грунт
Рис. 11.5. Расчетная схема к примеру
определения просадки (размеры в см)
Осадка основания (без замачивания) по расчету оказалась равной
s=3 см.
В соответствии с указаниями гл. 6 определяем напряжения от
веса грунта crzg и дополнительные напряжения ozp. Результаты под-
счетов приведены в табл. 11.3. Строим эпюры напряжений. Из табли-
цы видно, что во всей толще суммарные напряжения больше началь-
ного просадочного давления. Следовательно, имеем II тип грунтовых
условий по просадочности.
Таблица 11.3. К примеру 11.1
№ точки кПа кПа кПа «’/ + с, + 1>/2. кПа esli ksli
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 18 32 46 61 75 90 105 120 135 140 222 188 118 72 46 32 23 17 15 12 240 220 164 133 121 122 128 137 150 152 230 190 148 127 121 125 132 143 151 0,043 0,04 0,035 0,031 0,03 0,013 0,016 0,016 0,016 3,2 3,2' 3,2 3,2 3,2 2,7 2,7 2,7 2,7
217
Переходим к расчету по деформациям. Находим e,sl, и коэффициен-
ты условий работы для обоих пластов по формуле (11.8):
ksll = 0,5 + 1,5 (240—60)/100 = 3,2;
ksl2 -0,5 + 1,5 (240 — 100)/100 = 2,7.
Размер просадки по формуле (11.7)
ssl = 80-3,2 (0,043 + 0,04 + 0,035 + 0,031 + 0,03) =
= 80 - 2,7 (0,013 + 0,016 + 0,016 + 0,016) = 58 см.
В данном случае
s + Ssi ~ 3 + 58 = 61 >8 см.
Возможные деформации основания значительно превышают пре-
дельные. Необходимы технические мероприятия по уменьшению или
устранению просадки.
В зависимости от типа грунтовых условий назначаются мероприя-
тия, обеспечивающие эксплуатационную пригодность сооружения.
При I типе по просадочности возможна просадка только от веса соору-
жения. Для исключения такой просадки устраняют просадочность
грунта в пределах просадочной зоны (около 1,5 Ь, где b — ширина
фундамента, см. рис. 11.4, а). При II типе требуется осуществить
дополнительные водоза-
щитные или конструктив-
ные мероприятия или уст-
ранить просадочные свой-
ства грунта на всю глубину
просадочной толщи.
Следует обратить внима-
ние на связь между глуби-
Рис. 11.6. Варианты устройства фундаментов в н°й заложения И просад-
просадочных грунтах кой. Из формулы (11.7) вид-
но, что если увеличить глу-
бину заложения фундамента (рис. 11.6), то уменьшаются просадочная
толща и величина просадки. Прорезка просадочного слоя снижает
просадку до нуля. Иногда увеличение стоимости фундамента при его
. заглублении перекрывается экономией на устройстве искусственного
основания или водозащитных и конструктивных мероприятий, и что
еще важно — увеличивается надежность основания, исключается
нарушение технологического процесса в производственных зданиях.
Необходимо делать технико-экономические сопоставления вариантов.
Устройство глубоких котлованов в неувлажненных лёссовых грунтах
не представляет затруднений: грунты безводны, хорошо держат вер-
тикальные откосы значительной высоты, разработка осуществляется
обычными землеройными снарядами.
Иногда применяют свайные фундаменты или устраняют проса-
до^ность грунтов (рис. 11.6).
Проектирование фундаментов выполняют так же, как на непро-
садочных грунтах (см. главы 2, 5, 8). Если ожидаемая деформация
218
больше предельной, то применяют различные технические мероприя-
тия.
Для устранения просадочности грунтов используют разные мето-
ды: а) поверхностное уплотнение тяжелыми трамбовками (см. 10.3);'
б) устройство грунтовой подушки. По всей площади сооружения
грунт вынимают на 2...3 м ниже подошвы фундамента. Вынутый грунт
увлажняется до оптимальной влажности и засыпается обратно в
котлован слоями с уплотнением. В результате уменьшается мощность
просадочной толщи и снижается вероятность проникновения воды в
просадочный грунт. Этот метод можно комбинировать с уплотнением
грунта ниже дна котлована тяжелыми трамбовками; в) глубинное
уплотнение грунтовыми сваями (см. 10.4); г) термическая обработка
грунта (см. 10.5.4); химическое закрепление грунта (см. 10.5.1).
Водозащитные мероприятия сводятся к недопущению замачивания
основания водой атмосферных осадков или из трубопроводов различ-
ного назначения. Они включают компоновку генеральных планов,
планировку территории, специальные правила устройства трубо-
проводов и др. Конструктивные мероприятия применяют для обеспе-
чения общей устойчивости и эксплуатационной пригодности зданий
и сооружений при возможных просадках от случайного замачивания’
грунтов. Конструктивные мероприятия включают разрезку зданий
осадочными швами, увеличение прочности отдельных элементов^
использование конструкций, малочувствительных к деформациям ос-
нования и др.
11.2.2. Фундаменты на набухающих грунтах. Набухающими назы-
ваются пылевато-глинистые грунты, которые при замачивании водой
или химическими растворами увеличиваются в объеме. При высыха-
нии набухающего грунта происходит обратный процесс — усадка.
Количественной характеристикой набухающего грунта является
относительное набухание
esw==(^iat ^n)/^n’ (11.10)
где hsat — высота образца после его свободного набухания в условиях
невозможности бокового расширения в результате замачивания до
полного водонасыщения; hn — начальная высота образца природной
влажности.
Грунт считается набухающим, если esw^0,04.
Деформации оснований, сложенных набухающими грунтами, могут
происходить вследствие увлажнения грунтов производственными
или атмосферными водами или при нарушении природного водного
режима.
Основания, сложенные набухающими грунтами, должны рассчи-
тываться по деформациям в соответствии с общими требованиями
СНиПа. Кроме того, должны определяться деформации, вызванные
набуханием грунтов. Расчет этих деформаций (подъема фундаментов)
сходен с расчетом просадок лёссовых грунтов. Если определенное
расчетом значение деформации основания оказывается больше пре-
дельного для проектируемого сооружения, то предусматривают меры,
уменьшающие значение деформации, а также водозащитные и конструк-
219
тивные мероприятия. К мероприятиям, направленным на снижение
и полное исключение возможных деформаций, относят: устранение
свойств набухания грунта основания в пределах всей или части толщи
Путем предварительного замачивания; применение компенсирующих
песчаных подушек; полная или частичная замена слоя набухающего
грунта другим, не набухающим грунтом; прорезка фундаментами
(полная или частичная) слоя набухающего грунта.
Более подробные сведения о проектировании оснований из набуха-
ющих грунтов содержатся в СНиПе [42] и литературе [46].
Проектирование фундаментов выполняют в обычном порядке.
11.3. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ФУНДАМЕНТОВ НА ВЕЧНОМЕРЗЛЫХ ГРУНТАХ*
Проектирование фундаментов в районах распространения вечно-
мерзлых грунтов должно производиться в соответствии со СНиПом.
Вопросы проектирования и способов возведения фундаментов при на-
личии вечномерзлых грунтов освещены в специальной литературе.
При проектировании фундаментов в районах распространения
вечномерзлых грунтов должны учитываться: 1) мерзлотно-грунтовые
условия строительной площадки и изменения этих условий в резуль-
тате строительства и хозяйственного освоения территории; 2) тепло-
вые и механические взаимодействия сооружений с грунтами основа-
ния. Мерзлотно-грунтовые условия характеризуются: распростране-
нием и формой залегания вечномерзлых грунтов; составом, сложением _
и строением грунтов; толщиной сезоннооттаивающих и сезоннопромер-
зающих слоев (толщиной деятельного слоя); температурным режимом
грунтов; физико-механическими свойствами грунтов, в том числе и
при отрицательных температурах; мерзлотными процессами, развива-
ющимися при промерзании и оттаивании; климатическими условиями.
Дополнительными характеристиками мерзлых грунтов по сравне-
нию с незамерзшими являются: льдистость и суммарная влажность;
морозная текстура; степень заполнения пор грунта льдом; относитель-
ная просадочность грунта при протаивании; характеристики деформа-
тивности грунтов после оттаивания; пучинистость грунтов; касатель-
ные силы пучения; теплофизические характеристики (коэффициенты
теплопроводности, объемной теплоемкости в мерзлом и талом состоя-
ниях); засоленность грунта.
В зависимости от мерзлотно-грунтовых и климатических условий
и особенностей сооружений принимают один из принципов использо-
вания грунтов в качестве основания сооружений:
принцип I — использование грунтов основания в мерзлом состоя-
нии в период эксплуатации сооружения путем сохранения этого сос-
тояния или искусственного замораживания грунтов и поддержании
в этом состоянии во время эксплуатации;
* Составлен в соответствии со СНиП II-18—77 «Основания и фундаменты на
вечномерзлых грунтах».
220
принцип 11 — использование грунтов основания в оттаявшем
состоянии путем предварительного оттаивания грунтов, оттаивания
во время эксплуатации сооружения или замены мерзлых грунтов на
талые.
Выбор принципа, конструкции фундаментов, их размеры и способ
устройства устанавливают на основе технико-экономических сравне-
ний вариантов.
При использовании вечномерзлого состояния грунтов (принцип I)
в основании зданий предусматривают устройства, способствующие
поддержанию в грунтах отрицательной температуры. В качестве таких
устройств используют: холодные (вентилируемые) подполья, неотап-
ливаемые первые этажи, охлаждающие трубы и каналы, прокладывае-
мые под полом первого этажа. Иногда можно сделать глубокие фунда-
менты, располагая их подошву ниже границы оттаивания под соору-
жением. Кроме того, проводят комплекс мероприятий по исключению
проникновения тепла в грунт как через конструкции сооружения и
трубопроводы, так и с водой, поступающей в грунт.
С целью уменьшения проникновения тепла в грунт через столб-
чатые фундаменты рекомендуется делать их с минимальным сечением
в верхней части. Это способствует и уменьшению воздействия каса-
тельных сил пучения. В настоящее время чаще всего применяют свай-
ные фундаменты с расположением свай в один ряд под стены здания.
Сваи погружают либо в заранее пробуренные скважины или предва-
. рительно оттаянные грунты.
При использовании грунтов основания в оттаявшем состоянии
(принцип 11) либо производят оттаивание до возведения сооружения,
либо частично или полностью грунты основания оттаивают в процессе
эксплуатации сооружения. В первом случае фундаменты рассчитыва-
ют как на талых грунтах. Дополнительно рассчитывают возможность
промерзания грунтов под фундаментами и выпучивание фундаментов
во время возведения сооружения. Сооружения, грунты в основании
которых оттаивают во время эксплуатации, должны иметь конструкции,
приспособленные к неравномерностям осадок, возникающих при от-
таивании грунтов под нагрузкой. Для смягчения деформаций применя-
ют частичное предварительное оттаивание грунтов под фундаментами.
Глубина заложения фундаментов капитальных сооружений при
сохранении вечномерзлого состояния грунтов в основании должна
быть не менее чем на 1 м ниже расчетной глубины оттаивания грунтов.
Глубину заложения фундаментов, когда допускается оттаивание
грунтов основания, устанавливают как для фундаментов в обычных
условиях.
Расчет оснований при сохранении вечномерзлого состояния грун-
тов под фундаментами производят только по первому предельному
состоянию (по несущей способности), если грунты находятся в твердо-
мерзлом состоянии (прочно сцементированы льдом). При пластично-
мерзлом состоянии пылевато-глинистых грунтов, имеющих темпера-
туру, близкую к температуре замерзания, расчет производят допол-
нительно по деформации.
Расчет центрально нагруженных фундаментов и свай производят,
221
исходя из условия (7.2). При этом несущая способность основания F„
ясмЛмД (И И)
где ус — коэффициент условий работы основания, определяемый по
табл. 11.4 в зависимости от среднегодовой температуры вечномерзлого
Таблица 11.4. Значения коэффициента условий работы основания
в зависимости от температуры вечномерзлого грунта
Фундаменты Коэффициент условий работы *$с при заглублении фундамента в вечномерзлый грунт
<2 м > 2 м
Буроопускные и опускные сваи 1,1
Бурозабивные, забивные и бурообсадные сваи Столбчатые фундаменты при: — 1,2
/0 =—2°С и ниже 1,2 1,1
выше —2°С 1,1 1
грунта на глубине 10 м (с учетом возможного ее изменения при за.
стройке территории); R — расчетное сопротивление мерзлого грунта
под нижним концом сваи или под подошвой столбчатого фундамента,
кПа, определяемое по указаниям СНиП 11-18—77; А — площадь
поперечного сечения сваи у нижнего ее конца или подошвы фундамен-
та, м2; п — число слоев вечномерзлого грунта в пределах высоты столб-
чатого фундамента или длины сваи; 7?см t — расчетное сопротивление
мерзлого грунта или грунтового раствора сдвигу по боковой поверх-
ности смерзания сваи или фундамента для середины i-ro слоя вечно-
мерзлого грунта, определяемое по СНиП 11-18—77; Дсмг — площадь
боковой поверхности смерзания сваи или нижней ступени фундамента
с грунтом t-го слоя, м2.
Внецентренно нагруженные фундаменты рассчитывают также ис-
ходя из условий (7.2). Дополнительно проверяют наибольшее давление
у края подошвы фундамента, которое не должно превышать R.
Эксцентриситет равнодействующей нагрузки на уровне подошвы
фундамента при тщательном уплотнении грунтов вокруг нижней его
ступени
е = (Л4—Мсм)/У, (11.12)
где N — расчетная нагрузка от сооружения на основание, включая
вес фундамента и грунта на его обрезах, кН; М — момент внешних
сил от расчетных нагрузок, входящих в У, относительно центра тя-
жести площади подошвы фундамента, кН*м; Л4СМ — часть момента
/И, кН-м, воспринимаемая касательными силами смерзания грунта
с боковыми поверхностями нижней ступени фундамента высотой
222
Для прямоугольного в плане фундамента шириной Ь и длиной /,
вдоль которой действует момент М,
MCK^mPcuh5(b + 0,5l)l. (11.13)
Если Л4СМ^Л4, фундамент рассчитывают как центрально нагружен-
ный.
Расчет на выпучивание фундаментов производят, когда сезонно-
промерзающий слой состоит из пучинистых грунтов. Кроме того,
в этом случае должен производиться расчет фундаментов на разрыв,
если их устойчивость обеспечивается заделкой нижней анкерной части
в подстилающие слои грунта (см. СНиП II-18—76). Когда анкерная
плита фундамента располагается в талом грунте (не заделана в слое
вечномерзлого грунта), ориентировочное значение анкерной заделки
при наличии уширений фундамента ниже глубины промерзания мож-
но найти по методике, предложенной Б. И. Далматовым [23].
Расчет оснований по деформациям при сохранении в основании
вечномерзлого состояния грунтов во время эксплуатации сооруже-
ний производят только при наличии пластичномерзлых грунтов,
имеющих модуль деформации £<15 000 кПа. Этот расчет выполняют
аналогично расчету фундаментов на талых грунтах (главы 4—6).
В результате расчета проверяют, удовлетворены ли условия (4.1),
<6.2) и (6.3).
Если грунты в основании оттаивают до возведения фундаментов,
то после искусственного уплотнения этих грунтов или уплотнения
под действием собственного веса расчет по деформации ведут в соот-
ветствии с рекомендациями, изложенными в главах 4—6.
В указание»! расчете значения деформационных характеристик
принимают по состоянию грунта, которое он будет иметь после отта-
ивания и уплотнения.
Осадку фундаментов с учетом просадки при оттаивании вечномерз-
лых грунтов в основании в процессе эксплуатации сооружений опре-
деляют по СНиП II-18—76. Эта осадка с просадкой не должна пре-
вышать предельно допустимых осадок сооружений, т. е. требуется
соблюдение условий (6.2) и (6.3).
При проектировании фундаментов необходимо учитывать особые
условия по их возведению: малую продолжительность летнего периода
водонепроницаемость вечномерзлого грунта, воздействие даже летом
отрицательной температуры вечномерзлого слоя грунта на бетонную
массу, укладываемую в фундамент. Более подробные указания по
проектированию фундаментов в условиях вечномерзлых грунтов
изложены в специальной литературе [8, 13, 25, 34].
11.4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТОВ
ПРИ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ [
Сейсмическими явлениями (землетрясениями) называют сотряса-
тельно-колебательные движения земной коры, происходящие в резуль-
.тате проявления внутренних (эндогенных) сил Земли. Возникает
система упругих волн. Быстрые и разнонаправленные колебания ос-
223
нований сооружений, в свою очередь, вызывают колебания зданий и
появление сил инерции. Эти колебания и силы инерции называют
сейсмическими воздействиями. Вследствие сейсмических воздействий
конструкции зданий подвергаются деформациям, частичному и даже
полному разрушению. Опыт строительства показывает, что сохранность
надземных конструкций в значительной мере зависит от инженерно-
геологических условий и свойств грунтов.
Разрушительные последствия землетрясений зависят от вида и
состояний грунтов оснований. Поэтому в СНиП П-7—81 грунты раз-
деляют по сейсмическим свойствам на три категории: I — грунты
хорошие (скальные, крупнообломочные и песчаные, плотные мало-
влажные, вечномерзлые прочные); II — грунты среднего качества
(скальные, выветрелые, крупнообломочные и песчаные влажные, пы-
левато-глинистые с показателем текучести /ь^0,5, некоторые вечно-
мерзлые); III — пески рыхлые, водонасыщенные, слабые пылевато-
глинистые грунты, вечномерзлые оттаивающие.
В зависимости от категории грунтов расчетная сейсмичность
строительной территории может быть равна сейсмичности данного
района, но может быть повышена или понижена на 1 балл.
Расчет конструкций и оснований выполняют на основные и особые
сочетания нагрузок с учетом сейсмических воздействий. Расчетную
сейсмическую нагрузку (силу), приложенную в точке элемента конст-
рукции, определяют путем динамического расчета на колебания всего
сооружения. При этом учитывают вес элемента, сейсмичность района»
тон собственных колебаний, вид грунтов, особенности сооружения»
форму деформаций сооружения, допускаемые повреждения и конструк-
тивное решение сооружения. Особенностью сейсмической нагрузки
является то, что она может иметь любое направление. После определе-
ния сейсмических нагрузок выполняют расчет надземных конструкций
в предположении статического действия статических и сейсмических
нагрузок. Результатом такого расчета является определение сечений
элементов в надземных конструкциях и получение усилий, действую-
щих на обрезы фундаментов.
Проектирование оснований и фундаментов с учетом сейсмических
воздействий имеет свои особенности. Глубину заложения в грунтах
I и II категорий принимают как для несейсмических районов, но не
менее 1 м, а в грунтах III категории рекомендуется предварительное
искусственное упрочнение грунтов. В зданиях повышенной этажности
рекомендуется увеличивать глубину заложения путем устройства под-
вальных этажей. Фундаменты здания или его отсеков должны заклады-
ваться на одном уровне. Переход глубин заложения делают обычными
способами (см. гл. 3).
Материалы для фундаментов применяют такие же, как в несейсми-
ческих районах, но ограничивают применение булыжного камня.
Гидроизоляцию каменных стен выполняют только из цементного рас-
твора.
Конструкции фундаментов для сейсмических районов изображены
на рис. 11.7. Под несущие каменные стены нужно устраивать преиму-
щественно ленточные (непрерывные) фундаменты (рис. 11.7, а). При
224
выполнении фундаментов сборными должна быть обеспечена перевязка
блоков в каждом ряду в углах и пересечениях. Для усиления сборных
фундаментов по верху подушек в слое раствора укладывают арматуру,
а при расчетной сейсмичности 9 баллов сетками армируют все сопря-
жения стен подвалов. При слабых грунтах нижняя подушка (лента)
должна выполняться из монолитного железобетона. Здания повышен-
ной этажности (более 5 этажей) устраивают на перекрестных лентах
или сплошной железобетонной плите. Каркасные здания могут устраи-
ваться на отдельных фундаментах, которые соединяют друг с другом
(рис. 11.7, 6).
Свайные фундаменты
имеют конструкцию обыч-
ную, но для уменьшения и
даже исключения горизон-
тальных нагрузок на сваи
применяют фундаменты с
промежуточной подушкой,
устраиваемой из щебня,
гравия, песка.
Расчет оснований и фун-
даментов выполняют в два
этапа: 1) предварительное
определение размеров фун-
даментов и расчет по дефор-
мациям без учета сейсми-
ческих нагрузок; 2) уточ-
нение размеров фундамен-
тов с учетом сейсмических
Рис. 11,7, {Конструкции фундаментов в сей-
смических районах
нагрузок и расчет несущей способности основания. Несущую способ-
ность основания (предельная нагрузка по устойчивости) определяют,
исходя из возможности образования в грунте поверхности сколь-
жения и возникновения предельного состояния грунта в основании.
Расчет прочности фундаментов производят в соответствии с норма-
тивными документами для несейсмических районов на действие основ-
ного и особого сочетания расчетных нагрузок.
Расчет свайных фундаментов выполняют на особое сочетание на-
грузок и по первому предельному состоянию. Этот расчет включает:
определение несущей способности свай; проверку сечений по сопротив-
лению материала сваи; проверку устойчивости грунта по условию ог-
раничения давления на грунт боковыми поверхностями свай.
Влияние сейсмических воздействий на сопротивление грунта под
острием и по боковой поверхности сваи учитывают понижающими коэф-
фициентами условий работы. В верхней зоне на части длины сваи
сопротивление грунта по боковой поверхности не учитывают. Расчет
по деформациям производят без учета сейсмических воздействий.
Расчет оснований и фундаментов на сейсмические воздействия до-
вольно трудоемок, он требует использования многих формул, таблиц,
графиков, которые можно найти в специальной литературе.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Укрупненные единичные расценки на земляные работы, устройство фундаментов
и искусственных оснований
Наименование работ и конструкций Стоимость на единицу измерения, руб -коп.
А. Земляные работы I. Разработка грунта под фундаменты: при глубине выработки до 2 м и ширине траншеи 1 м, м3 при глубине котлована более 2 м на каждые 0,5 м глубины за- ложения фундаментов стоимость земляных работ увеличится на 10% (при уменьшении глубины стоимость соответственно уменьшится) | при ширине котлована более 1 м стоимость земляных работ повышается на 7% при разработке мокрых грунтов вводятся поправочные коэффи- циенты: при объеме мокрого грунта (ниже уровня подземных вод) менее 50% от общего объема грунта = 1,25 при объеме мокрого грунта (ниже УПВ) более 50% от общего объема грунта = 1,4 II. Водоотлив на 1 м3 грунта: при отношении мокрого грунта (ниже УПВ) к глубине котло- вана: до 0,25 3-60
0*35
» 0,5 0-95
» 0,75 1-80
свыше 0,75 3-00
III. Крепления: крепление стенок котлована досками: при глубине выработки до 3 м, м2 крепления при глубине выработки более 3 м, м2 крепления 0-85
0-98
устройство деревянного шпунтового ограждения, м2 ограждения 7-86
Б. Устройство фундаментов I. Сборные фундаменты: фундаменты железобетонные сборные для промышленных зда- 44-90
ний, м3 железобетона трапецеидальные блоки ленточных фундаментов, м3 железобе- 46-50
тона
бетонные фундаментные блоки (в том числе стеновые), м3 бетона । 36-00
226
Продолжение прилож. 1
Наименование работ и конструкций Стоимость на единицу измерения, руб.-коп.
И. Монолитные фундаменты: у фундаменты железобетонные, отдельные (под колонны), м3 же- лезобетона то же, ленточные, м3 железобетона фундаменты бетонные, отдельные, м3 бетона то же, непрерывные (ленточные), м8 бетона фундаменты и стены подвала бутобетонные, м3 бутобетона то же, бутовые, м3 кладки III. Устройство армированных поясов: устройство монолитных железобетонных поясов» м3 железобетона армированной кладки, т металла IV. Железобетонные’сван: V железобетонные до 12 м (с забивкой), м3 бетона то же, более 12 м, м3 бетона железобетонные полые сваи с открытым концом при длине до 8 м (с забивкой) при диаметре сваи до 660 мм при диаметре сваи 780 мм железобетонные полые сваи с закрытым концом (толщина сте- нок 80 мм, d = 400...600 мм) () устройство набивных бетонных свай V. Деревянные сваи: деревянные сваи при длине до 10 м, м3 сваи то же, более 10 м, м3 сваи VI. Забивка металлических трубчатых оболочек свай (включая стоимость металла), т металла Заполнение оболочек металлических трубчатых свай бетоном, м3 бетона VII. Опускные колодцы: изготовление железобетонных опускных колодцев сборных, м3 кладки колодца монолитных, м3 кладки колодца устройство опорной подушки, м3 заполнение опускных колодцев песком, м3 заполнителя бетонирование верхней плиты опускного колодца, м3 ' VIII. Искусственные основания под фундаменты: песчаные подушки за 1 м3 в деле, м3 щебеночные и гравийные подушки, м3 уплотнение грунта тяжелыми трамбовками уплотнение слабых грунтов песчаными сваями, м длины уплотнение лёсса грунтовыми сваями, 1 м3 уплотненного массива силикатизация лёссов и мелких песков однорастворным методом, 1 м3 закрепленного массива силикатизация песчаных грунтов при двух растворном методе, 1 м3 закрепленного массива закрепление грунтов синтетическими смолами, 1 м3 закреплен- ного массива термический способ закрепления лёссовых грунтов искусственное замораживание грунтов, м3 замороженного грунта 31-00 28-30 28-40 26-30 21-00 20-10 36-20 367-00 88-40 86-10 88-17 92-97 190-00 185-00 64-00 62-00 179-00 36-40 64-40 47-00 21-90 8-20 25-90 7-20 11-20 0-45 1-60 2-30 35-00 40-00 50-00 16-00 15-00
227
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Графики для учета влияния загружения соседних фундаментов
Н=10м; /1=0,27
228
Н=15м; jt=0,27
Рис. 4
229
Н=20м; ji= 0,27
Рис. 5
23©
Н=30м; jl=D,27
Рис. 6
231
ПРИЛОЖЕНИЕ
Таблица соотношений между некоторыми единицами физических величин,
подлежащих изъятию, и единицами СИ
Наименование величин Единицы Соотношение единиц
подлежащие изъятию си
Сила; нагруз- ка; вес килограмм-сила,’ тонна-сила ньютон 1 кгся9,8 Н=10 Н 1 тся9,8-10» Ня 10 кН
Линейная нагрузка тонна-сила на метр ньютон на метр 1 тс/мя 9,8-103 Н/мяЮкН/м
Поверхност- ная нагрузка тонна-сила на квадратный метр ньютон на квадратный метр 1 тс/м2я9,8-103 Н/м2я я 10 кН/м2
Давление килограмм-сила на квадратный сан- тиметр тонна-сила на квадратный метр паскаль 1 кгс/.см2я9,8'Ю4 Пая я 100 кПа = 0,1 МП* /' 1 тс/м2«9,8-103 Па« «10 кПа = 0,01 МПа
Механическое напряжение Модуль де- формации килограмм-сила на квадратный сан- тиметр паскаль 1 кгс/см2«9,8-104 Па« «100 кПа = 0,1 МПа
Момент силы тонна-сила-метр ньютон- метр 1 тс-м«9,8'103 Н-м« «10 кН-м х
Работа (энер- гия) тонна-сила-метр ньютон-1 метр 1 тс-м«9,8-10 Дж« 10 кДж
ЛИТЕРАТУРА
1. Абелев М. Ю. Слабые водонасыщенные глинистые грунты как основания соору-
жений. М., 1973.
2. Абрамов С. К. Подземные дренажи в промышленном и городском строительст-
ве. М., 1973.
3. Байков В. И., Сигалов Э. Е. Железобетонные конструкции. Общий курс. М.,
1978.
4. Банник Г. И. Техническая мелиорация грунтов. Киев, 1976.
5. Бартоломей А. А. Основы расчета ленточных свайных фундаментов по пре-
дельно допустимым осадкам. М.» 1982.
6. Березанцев В. Г. Расчет оснований сооружений. Л., 1970.
7. Будин Л. Я. Тонкие подпорные стенки для условий севера. Л., 1982.
Ъ^ Велли Ю. Я. Устойчивость зданий и сооружений в Арктике. Л., 1973.
ГГ^Веселов В. А. Проектирование оснований и фундаментов (основы, теории и при-
меры расчета). М., 1978.
10. Винокуров Е. Ф. Итерационный метод расчета оснований и фундаментов с
помощью ЭВМ. Минск, 1972.
11. Временная инструкция по устройству фундаментов около существующих зда-
ний ВСН 401-01-1—77. Ленгорисполком, 1977.
12. Временные технические указания по устройству фундаментов гражданских
зданий и сооружений в Ленинграде и его пригородных районах, ВТУ 401-01-388—71,
Л., Ленпроект, 1972.
13. Вялов С. С., Докучаев В. В., Шейнкман Д. Р. Сильнольдистые грунты как
основания сооружений. Л.» 1976.
14. Гольдштейн М. Н., Царьков А. А., Черкасов И. И. Механика грунтов, ос-
нования й фундаменты. М., 1981.
15. Горбунов-Посадов М. И., Маликова Т. А. Расчет конструкций на упругом ос-
новании. М., 1973.
16. ГОСТ 13579—78 «Блоки бетонные для стен подвалов. Технические условия».
М., 1978.
17. ГОСТ 13580—80 «Плиты ленточных фундаментов железобетонные». М., 1981.
18. ГОСТ 19804.0—78 «Сваи забивные железобетонные. Общие технические усло-
вия». М., 1981.
19. ГОСТ 19804.1—79 «Сваи забивные железобетонные. Цельные сплошного
квадратного сечения с ненапрягаемой арматурой. Конструкция и размеры». М., 1980.
20. ГОСТ 19804.2—79 «Сваи забивные железобетонные цельные сплошного квад-
ратного сечения с поперечным армированием ствола с напрягаемой арматурой. Кон-
струкция и размеры». М., 1980.
21. ГОСТ 19804.3—80 «Сваи забивные железобетонные квадратного сечения с
круглой полостью». М., 1981.
22. ГОСТ 19804.4—78. «Сваи железобетонные забивные квадратного сечения без
поперечного армирования ствола. Конструкция и размеры». М., 1978.
23. Далматов Б. И. Механика грунтов, основания и фундаменты. М., 1981.
24. Далматов Б. И., Лапшин Ф. К., Россихин Ю. В, Проектирование свайных
фундаментов в условиях слабых грунтов. Л., 1975.
25. Докучаев В. В., Маркин К. Ф. Свайные фундаменты на вечномерзлых грун-
тах. Л., 1972.
2за
26. Инструкция по забивке свай вблизи зданий и сооружений. ВСН 358—76. М.,
ЦБНТИ, 1976.
27. Инструкция по расчету оснований, проектированию и устройству фундамен-
тов из пирамидальных свай. ВСН 66 037—81. М., 1981.
28. Костерин Э, В. Основания и фундаменты. М., 1978.
29. Морарескул Н. Н. Основания и фундаменты в торфяных грунтах. Л., 1979.
30. Опыт возведения сооружений метЬдом «стена в грунты [Филахтов A, JL, Лу-
бенец Г. К., Писаренко Н. В. и др. Киев, 1981.
31. Попченко С. Н. Гидроизоляция сооружений и зданий. Л., 1981.
32. Попченко С. Н. Справочник по гидроизоляции сооружений. Л., 1975.
33. Рекомендации по расчету железобетонных ростверков свайных фундамен-
тов под колонны зданий и сооружений промышленных предприятий. М., 1974.
34. Руководство по проектированию оснований и фундаментов на вечномерзлых
грунтах. М., 1980. f
\35р Руководство по проектированию свайных фундаментов. М., 1980.
36? Руководство по проектированию фундаментов на естественном основании под
колонны зданий и сооружений промышленных предприятий. М., 1978.
k 4?37) Сваи и свайные фундаменты. Справочное пособие. Киев, 1977.
38. Силин С., Глотов Н. М., Завриев К. С. Проектирование фундаментов
глубокого заложения. М., 1981.
39. Симвулиди И. А. Расчет инженерных конструкций на упругом основании.
М., 1978.
40. Синицын А. П. Расчет балок и плит на упругом основании за пределами упру-
гости (Пособие для проектировщиков). М., 1974.
41. Смородинов М. И., Федоров Б. С. Устройство фундаментов и конструкций
способом «стена в грунте». М., 1976.
42. СНиП 2.02.01—83 «Основания зданий и сооружений». М., 1985.
СНиП 2.02.03—85 «Свайные фундаменты». М., 1985.
34. СНиП 11-18—76 «Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах». М.,
1977.
бЙ^СНиП 2.01.01—82 «Строительная климатология и геофизика». М., 1983. ,
46. Сорочан Е. А. Строительство сооружений на набухающих грунтах. М., 1974.
47. Спраючник по общестроительным работам. Основания и фундаменты. М.я
1974.
48. Справочник по строительству на вечномерзлых грунтах. Л., 1977.
49. Трофименков Ю. Г., Ободовский А, А. Свайные фундаменты для жилых и про-
мышленных зданий. М., 1970.
50. Указания по проектированию гидроизоляции подземных частей зданий и соо-
ружений. СН 301—65. М.» 1971.
51. Цытович Н. А. Механика грунтов (Краткий курс). М., 1979.
52. Цытович Н. А. Механика мерзлых грунтов (общая и прикладная). М., 1973.
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
При пользовании предметным ука-
зателем следует иметь в виду, что в
рубриках, представляющих собой со-
четание прилагательного и сущест-
вительного, применена инверсия — су-
ществительное поставлено на первое
место.
Анкер наклонный 40
Балка на упругом основании 140
Балки фундаментные 21
Вариантность проектирования фунда-
ментов 16, 145, 159
Вес удельный грунта 12
— удельный скелета грунта (сухого)
12
— удельный твердых частиц гоунта 12
Влажность грунта 12
Влияние загружения соседних фунда-
ментов 73, 89
Возведение фундаментов около сущест-
вующих зданий 39
Выпор грунта 124
Вытрамбовывание котлованов 191
Гидроизоляция подвальных помещений
28
— фундамента 28
Глубина заложения фундамента 32
— промерзания нормативная 35
-----расчетная 35
Граница (предел) раскатывания грун-
та 13
-----текучести грунта 13
Грунт вечномерзлый 220
— набухающий 219
— надежный 33
— просадочный 213
— слабый 33, 207
Давление активное 60, 113
— начальное просадочное 214
Дренаж 31
Закрепление грунтов 200
Зона активная (сжимаемая толща) 70
Изоляция фундаментов и подвальных
помещений 28
Консолидация фильтрационная Ю4
Коэффициент бокового расширения
Пуассона 14, 78, 81
— водонасыщенности (степень влаж-
ности) грунта 12
— деформации 158
— надежности (условий работы) по
грунту 13, 15, 110, 144
---по назначению сооружения ПО
--- по нагрузке 10
— относительного набухания 219
— относительной просадочности 214
---сжимаемости 13
— пористости грунта 12
— постели 141
— устойчивости 112—122
— фильтрации 105
Крен фундамента 96
Кривая компрессионная 13
Куст свайный 159
Материалы для фундаментов 19-
Метод линейно деформируемого (упру-
гого) слоя 76
— ограниченной сжимаемой толщи 81
— послойного суммирования 70
— угловых точек 67
— эквивалентного слоя 78
Модуль деформации грунта (общий)
13, 15
Нагрузки предельные (несущая способ-
ность) ПО
— учитываемые при расчете 9,41
Напряжения касательные 110
— нормальные 67, НО
— от собственного веса грунта (при-
родные) 69
Образец фундамента 19
Опора глубокая (буровой столб) 27
Определение вертикальных напряже-
ний в грунте 65, 67
— несущей способности сваи 152
— размеров подошвы фундамента 47,
99
— расчетного сопротивления грунта
42
--------сваи 148
Осадка во времени 104
— выпирания 208
— разуплотнения 208
235
— расструктуривания 209
— сдвиговая 156
— сооружения (здания) 63, 207
— уплотнения 208
— фундамента 70, 76, 78, 81, 161
----абсолютная 63
— фундаментов средняя 63
Осадка эксплуатационная 209
Основание искусственно улучшенное
182
«Отдых» сваи 153
Отказ сваи 153
Оценка инженерно-геологических усло-
вий И, 32, 155
Плотность грунта 12
— скелета (сухого) грунта 12
— твердых частиц грунта 12
Подошва фундамента 19
Подполье проветриваемое (вентили-
руемое) 221
Подушка песчаная 183
Показатель (индекс) текучести грунта
13
Пористость грунта 12
Порядок проектирования оснований и
фундаментов 8
Потеря устойчивости грунта 109
Пояса армирования 213
Предельная .несущая способность осно-
вания 110, 124
Предельное состояние по несущей спо-
собности 109, 124
Предельные деформации оснований 64
Приведенные затраты 17
Принципы строительства в районах
вечномерзлых грунтов 220
Проектирование по деформациям 62, 99
----несущей способности 109
Промерзание грунта 36
Просадка при замачивании 215
Пучение морозное 34
Расчет внецентренно нагруженного
свайного фундамента 162
--------фундамента 54, 222
— гибких фундаментов 140
Расчет горизонтально нагруженного
свайного фундамента 177
--------фундамента 112
— крена фундамента 96
— осадки во времени 104
----свайного фундамента 160
—^оснований по деформациям 10, 62,
--------несущей способности 10, 109
— свай на выдергивание 158
— центрально нагруженного свайного
фундамента 159, 221
--------фундамента 47, 221
Ростверк свайный 146, 164
----высокий 155
Свая набивная 158
— трения (висячая) 145, 150
Свая-оболочка 27
Свая-стойка 145, 149
Слой эквивалентный 78, 81
Случаи уплотняющих давлений 105
Сопротивленце грунта расчетное 4Г
— сваи расчетное 148
Способность сваи несущая 152
Сравнение вариантов технико-эконо-
мическое 17, 146
«Стенка в грунте» 40
Столбы буронабивные 27
Сцепление удельное грунта 13, 15
Тело линейно деформируемое 65
Тип просадочности лёссовой толщи 214
Типы фундаментов 17
Толща расчетная сжимаемая 83
Трение отрицательное (негативное) 156
Угол внутреннего трения грунта 13, 15
Уменьшение чувствительности конст-
рукций к осадкам 210
Уплотнение грунта глубинное 193
--- замачиванием 199
т--поверхностное 188, 192
Усадка грунта 219
Устойчивость основания фундамента
112, 124
Учет сейсмических воздействий 223
Формы деформаций сооружений 63
Фундаменты в районе вечномерзлых
грунтов 220
---сейсмических воздействий 157,
223
— внецентренно нагруженные 54
— гибкие 140
— глубокого заложения 27
— коробчатые 26
— ленточные 18, 23, 26
— массивные 18, 27
— монолитные 20, 26
— на набухающем грунте 219
— на просадочном лёссовом грунте
157, 213
— отдельные 18, 20
— при наличии подвала 29, 59
— сборные 18, 22
— свайные 143
— сплошные (плитные) 18, 26
— центрально нагруженные 47
Число пластичности 13
Чувствительность конструкций к осад-
ке 211
Шов осадочный 211
Эпюра эквивалентная 80
Эпюры напряжений 71
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие.......................................................... 3
Введение................................................................. &
Глава 1. Основные положения проектирования оснований и фундаментов 7
1.1. Общие положения проектирования оснований сооружений .... 7
1.2. Порядок проектирования оснований и фундаментов.................. 8
1.3. Нагрузки, учитываемые при расчете оснований и фундаментов ... 9
1.4. Оценка инженерно-геологических условий площадки строительства 11
1.5. Вариантность решений........................................... 16
Г лава 2. Конструкции фундаментов....................................... 17
2.1. Типы фундаментов и материалы для них........................... 17
2.2. Конструкции отдельных фундаментов.............................. 20
2.3. Конструкции ленточных фундаментов.............................. 23
2.4. Сплошные (плитные) и массивные фундаменты...........• • • •
2.5. Фундаменты глубокого заложения................................. 27
2.6. Указания по выбору типа и конструкции фундаментов.............. 28
2.7. Защита фундаментов и подземных частей зданий от подземных вод . 28
Глава 3. Выбор глубины заложения фундамента «••••••••••« 32
3.1. Основные факторы, влияющие на глубину заложения подошвы фун-
даментов . . ..................................................... 32
3.2. Влияние инженерно-геологических и гидрогеологических факторов 32
3.3. Влияние климатических особенностей............................. 34
3.4. Особенности возводимого и соседних сооружений.................. 38
3.5. Влияние способа производства работ по устройству фундаментов . 40*
Глава 4. Определение расчетного сопротивления грунта основания • • « 41
4.1. Общие положения ............................................... 41
4.2. Определение расчетного сопротивления грунта основания по проч-
ностным характеристикам.................................... . . 42
4.3. Определение значения условного расчетного сопротивления грунта
основания Ro по СНиП 2.02.01—83 ................................. 45-
Глава 5. Определение размеров подошвы фундамента....................... 47
5.1. Общие положения................................................ 47
5.2. Определение размеров подошвы центрально нагруженного фундамента
по значению расчетного сопротивления.............................. 47
5.3. Определение ширины ленточного фундамента одновременно с расчет-
ным сопротивлением грунта основания.............................. 49*
5.4. Определение размеров подошвы прямоугольного фундамента одно-
временно с расчетным сопротивлением грунта основания............ 50
5.5. Проверка достаточности размеров подошвы фундамента при наличии
подстилающего слоя слабого грунта............................... 51
5.6. Расчет размеров подошвы внецентренно нагруженного фундамента 54
5.7. Расчет размеров подошвы фундамента при наличии подвала .... 50
237
Глава 6. Расчет оснований по деформациям....................... . . . 62
6.1. Основные положения........................................... 62
6.2. Определение напряжений в массиве грунта при действии сосредото-
ченных сил....................................................... 65
6.3. Определение вертикальных напряжений при действии равномерно
распределенной нагрузки..................................... 67
6.4. Напряжение от собственного веса грунта..................... 69
6.5. Расчет осадки фундамента методом послойного суммирования . . 70
6.6. Учет влияния загружения соседних фундаментов и площадей мето-
дом послойного суммирования ..................... 73
6.7. Расчет осадки фундамента методом линейно деформируемого слоя 76
6.8. Расчет осадок фундаментов методом эквивалентного слоя Н. А. Цы-
' товича [51].................................................. 78
6.9. Расчет осадок фундаментов методом ограниченной сжимаемой тол-
щи при однородном грунте.......................................... 81
6.10. Расчет осадок фундаментов методом ограниченной сжимаемой тол- ’
щи при слоистом напластовании............................... 85
6.11. Расчет осадок фундаментов методом ограниченной сжимаемой толщи
с учетом загружения соседних фундаментов............................ 89
6.12. Расчет крена фундамента или сооружения....................... 96
6.13. Определение размеров подошвы фундамента исходя из значений пре-
дельных деформаций.................................................. 99
6.14. Расчет осадки фундамента во времени........................... 104
Глава 7. Расчет оснований по несущей способности....................... 139
7.1. Общие положения............................................... 109
7.2. Расчет устойчивости фундамента при действии горизонтальной силы 112
7.3. Расчет основания по несущей способности при горизонтальной на-
грузке на фундамент................................................ 116
7.4. Расчет основания, ограниченного нисходящим откосом........... 119
7.5. Расчет основания по несущей способности при вертикальной и на-
клонной нагрузке (на выпор) ....................................... 124
7.6. Расчет устойчивости глубоких фундаментов..................... 129
Глава 8. Расчет железобетонных фундаментов на прочность................ 133
8.1. Общие положения............................................... ВО
8.2. Определение высоты отдельного фундамента..................... 131
8.3. Расчет сечения отдельного и ленточного фундаментов на изгиб ... 115
8.4. Выбор метода расчета гибких фундаментов..................... 1 Ю
Глава 9. Проектирование свайных фундаментов ........................... 143
9.1. Общие положения .......................................... . 143
9.2. Выбор типа и конструкции свай и ростверков.................. 145
9.3. Определение расчетного сопротивления сваи (при вертикальной
нагрузке)........................................................ 148
9-4. Частные случаи определения расчетного сопротивления сваи по
грунту....................................................... 155
9.5. Расчет центрально нагруженного свайного фундамента........... 159
9.6. ,Расчет осадки свайного фундамента........................... 161
9.7. Расчет внецентренно нагруженного свайного фундамента........ 162
9.8. Конструкции и расчет свайных ростверков...................... 164
9.9. Комплексный пример расчета свайного фундамента............... 172
9.10. Расчет горизонтально нагруженного свайного фундамента....... 177
Глава 10. Основные положения проектирования искусственно улучшенных
оснований.......................................................... 182
10.1. Виды искусственно улучшенных оснований....................... 132
10.2. Проектирование и устройство грунтовых подушек............... 1 «2
10.3. Поверхностное уплотнение грунтов.............................. Н8
10.4. Глубинное уплотнение грунтов . ............................. 133
10.5. Закрепление грунтов .... ................................... 2J0
238
Глава 11. Основные положения проектирования фундаментов в особых
грунтовых условиях (справочные материалы) ...................... 207
11.1. Проектирование фундаментов на сильно и неравномерносжимаемых
грунтах..................................................... 207
11.2. Проектирование фундаментов на просадочных и набухающих грун-
тах ....................................................... 213
11.3. Основные положения проектирования фундаментов на вечномерз-
лых грунтах...................>............................. 220
11.4. Проектирование фундаментов при сейсмических воздействиях : . 223
Приложение 1. Укрупненные единичные расценки на земляные рабо-
ты, устройство фундаментов и искусственных оснований............ 226
Приложение 2. Графики для учета влияния загружения соседних фун-
даментов .....'................................................ 228
Приложение 3. Таблица соотношений между некстсрыми единицами
физических величин, подлежащих изъятию, и единицами СИ.......... 232
Литература...................................................... 233
Предметный указатель............................................ 235
Глава 6. Расчет оснований по деформациям..................... . . . 62
6.1. Основные положения.......................................... 62
6.2. Определение напряжений в массиве грунта при действии сосредото-
ченных сил...................................................... 65
6.3. Определение вертикальных напряжений при действии равномерно
распределенной нагрузки.................................... 67
6.4. Напряжение от собственного веса грунта.................... 69
6.5. Расчет осадки фундамента методом послойного суммирования . . 70
6.6. Учет влияния загружения соседних фундаментов и площадей мето-
дом послойного суммирования ..................... 73
6.7. Расчет осадки фундамента методом линейно деформируемого слоя 76
6.8. Расчет осадок фундаментов методом эквивалентного слоя Н. А. Цы-
’ товича [51]................................................ 78
6.9. Расчет осадок фундаментов методом ограниченной сжимаемой тол-
щи при однородном грунте......................................... 81
6.10. Расчет осадок фундаментов методом ограниченной сжимаемой тол- *
щи при слоистом напластовании.............................. 85
6.11. Расчет осадок фундаментов методом ограниченной сжимаемой толщи
с учетом загружения соседних фундаментов.......................... 89
6.12. Расчет крена фундамента или сооружения...................... 96
6.13. Определение размеров подошвы фундамента исходя из значений пре-
дельных деформаций................................................ 99
6.14. Расчет осадки фундамента во времени.......................... 104
Глава 7. Расчет оснований по несущей способности..................... 109
7.1. Общие положения.............................................. 109
7.2. Расчет устойчивости фундамента при действии горизонтальной силы 112
7.3. Расчет основания по несущей способности при горизонтальной на-
грузке на фундамент.............................................. 116
7.4. Расчет основания, ограниченного нисходящим откосом.......... 119
7.5. Расчет основания по несущей способности при вертикальной и на-
клонной нагрузке (на выпор) ..................................... 124
7.6. Расчет устойчивости глубоких фундаментов................... 129
Глава 8. Расчет железобетонных фундаментов на прочность ...... 139
8.1. Общие положения............................................. 130
8.2. Определение высоты отдельного фундамента.................... 131
8.3. Расчет сечения отдельного и ленточного фундаментов на изгиб ... В5
8.4. Выбор метода расчета гибких фундаментов.................... 1 Ю
Глава 9. Проектирование свайных фундаментов ........................ 143
9.1. Общие положения ....................................... . 143
9.2. Выбор типа и конструкции свай и ростверков................. 145
9.3. Определение расчетного сопротивления сваи (при вертикальной
нагрузке)....................................................... 148
9.4. Частные случаи определения расчетного сопротивления сваи по
грунту.......................................................... 155
9.5. Расчет центрально нагруженного свайного фундамента......... 159
9.6. Расчет осадки свайного фундамента.......................... 161
9.7. Расчет внецентренно нагруженного свайного фундамента...... 162
9.8. Конструкции и расчет свайных ростверков.................... 164
9.9. Комплексный пример расчета свайного фундамента............. 172
9.10. Расчет горизонтально нагруженного свайного фундамента...... 177
Глава 10. Основные положения проектирования искусственно улучшенных
оснований.......................................................... 182
10.1. Виды искусственно улучшенных оснований..................... 132
10.2. Проектирование и устройство грунтовых подушек............. 1 ’>2
10.3. Поверхностное уплотнение грунтов............................ Н8
10.4. Глубинное уплотнение грунтов . ........................... 133
10.5. Закрепление грунтов ......................
238
Глава 11. Основные положения проектирования фундаментов в особых
грунтовых условиях (справочные материалы) ...................... 207
11.1. Проектирование фундаментов на сильно и неравномерносжимаемых
грунтах..................................................... 207
11.2. Проектирование фундаментов на просадочных и набухающих грун-
тах ....................................................... 213
11.3. Основные положения проектирования фундаментов на вечномерз-
лых грунтах....................>............................ 220
11.4. Проектирование фундаментов при сейсмических воздействиях .* . 223
Приложение 1. Укрупненные единичные расценки на земляные рабо-
ты, устройство фундаментов и искусственных оснований............ 226
Приложение 2. Графики для учета влияния загружения соседних фун-
даментов .....'................................................ 228
Приложение 3. Таблица соотношений между некстсрыми единицами
физических величин, подлежащих изъятию, и единицами СИ.......... 232
Литература...................................................... 233
Предметный указатель............................................ 235